JP2005536347A - Filter media containing fibers - Google Patents

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Abstract

改良されたろ過媒体またはフィルタ本体は、微細ファイバから作成することができ、内部欠陥のないろ過構造に形成することができる。フィルタ媒体またはフィルタ本体は、定義されたファイバ直径、層の厚さ、および媒体の固体性を有するファイバにおいて、スポットの集合体を備える。微細ファイバは、媒体本体に形成され、かなりの流束(flux)およびろ過効率を得る。ろ過媒体または本体は、改良されたフィルタ本体に結合された微細ファイバの単一層または複数層を備えることができる。The improved filtration media or filter body can be made from fine fibers and can be formed into a filtration structure free of internal defects. The filter media or filter body comprises a collection of spots in a fiber having a defined fiber diameter, layer thickness, and media solidity. The fine fiber is formed in the media body and obtains a considerable flux and filtration efficiency. The filtration media or body can comprise a single layer or multiple layers of fine fibers coupled to an improved filter body.

Description

本発明は、媒体、フィルタ構成(filter arrangement)および方法に関する。より具体的には、本発明は、ガス流れまたは液体流れなどの流体流れ(fluid streams such as gas or liquid stream)、例えば、空気または水溶性の流れから、微粒子の材料をろ過する構成に関する。本発明は、そのような流体流れから微粒子材料の所望の除去を達成する方法にも関する。本発明は、改良された微細ファイバ媒体(fine fiber medium)を使用する改良されたフィルタ媒体または構造に関する。本発明は、より好ましくは、「欠陥のない」構造("defect free" structure)に製造することができ、かつ有効なろ過能力をかなりの期間にわたって維持することができる繊維フィルタ材料に関する。   The present invention relates to media, filter arrangements and methods. More specifically, the present invention relates to an arrangement for filtering particulate material from a fluid stream such as a gas stream or a liquid stream, such as air or a water-soluble stream. The invention also relates to a method of achieving the desired removal of particulate material from such a fluid stream. The present invention relates to an improved filter medium or structure that uses an improved fine fiber medium. The present invention more preferably relates to a fiber filter material that can be manufactured in a “defect free” structure and that can maintain an effective filtration capacity for a significant period of time.

本出願は、2003年8月5日に米国企業であり米国所在(すべての国への出願人)であるDonaldson Company,Inc.の名前で米国を除くすべての国を指定し、2002年8月20日に出願された米国特許出願10/225561および2003年4月7日に出願された米国特許出願10/411567の優先権を主張する、PCT国際特許出願として出願するものである。   This application is filed on August 5, 2003 by Donaldson Company, Inc., a US company and US resident (applicant to all countries). The US patent application 10/225561 filed on August 20, 2002 and US patent application 10/411567 filed on April 7, 2003. Claimed and filed as a PCT international patent application.

流体(fluid)、すなわち液体および気体の流れ(liquid and gaseous stream)は、しばしば、混入された微粒子の材料を搬送する。多くの場合、流体流れから微粒子材料のいくらかまたはすべてを実質的に除去することは、安全性および健康、機械動作、ならびに美観(aesthetics)を含む理由のために重要である。たとえば、モータで駆動する車両または発電装置のエンジンへの空気取入れ流れ、ガスタービン用の流れ、および様々な燃焼炉への空気流れは、しばしば混入された微粒子を含む。微粒子の材料が、関与する様々な機構の内部作業領域に到達すると、かなりの損傷を生じ得る。他の場合、工業的なプロセスからの生成するガスまたは排出されるガスは、プロセスで発生した粒子など微粒子の材料を内部に含み得る。そのようなガスを様々な下流機器を経て、および/または大気に向ける前に、またはそうする前に、微粒子材料をそれらの流れから実質的に除去することが要求されることがある。様々な空気フィルタまたはガスフィルタの構成が、様々な形態の媒体材料のアレイを使用して微粒子を除去するために開発されてきた。   Fluids, ie liquid and gaseous streams, often carry entrained particulate material. In many cases, substantially removing some or all of the particulate material from the fluid stream is important for reasons including safety and health, machine operation, and aesthetics. For example, air intake flows to motor driven vehicle or generator engines, gas turbine flows, and air flow to various combustion furnaces often contain entrained particulates. When the particulate material reaches the internal working area of the various mechanisms involved, considerable damage can occur. In other cases, the gas produced or exhausted from an industrial process may contain particulate material therein, such as particles generated in the process. It may be required to substantially remove particulate material from their streams before directing such gases through various downstream devices and / or to the atmosphere. Various air filter or gas filter configurations have been developed to remove particulates using arrays of various forms of media material.

通常、フィルタの媒体材料は、流体経路に配置されたろ過構造中で使用される。媒体は、通常、流体流れから微粒子を物理的に分離する。媒体は、通常、他と比べて機械的に安定であり、適切な浸透性と、比較的小さいポア・サイズと、小さい圧力降下と、流体の影響に対する耐性とをもつので、深刻な機械的な媒体の故障を生じずに、ある期間にわたって流体から微粒子を有効的に除去し得る。媒体は、織物または不織の形態でいくつかの材料から作成することができる。そのような材料は、エア・レイド(air-laid)、ウォーターレイド(water laid)、メルト・ブロウン(melt blown)することができ、またはそうでない場合は、有効なポア・サイズ、多孔率、固体性、もしくは他のろ過要件をもつシート状材料に形成することができる。   Typically, the filter media material is used in a filtration structure located in the fluid path. The medium typically physically separates the particulates from the fluid stream. The medium is usually mechanically stable compared to the others and has serious mechanical properties because it has adequate permeability, a relatively small pore size, a small pressure drop, and resistance to fluid effects. Particulates can be effectively removed from the fluid over a period of time without causing media failure. The media can be made from several materials in woven or non-woven form. Such materials can be air-laid, water laid, melt blown, or otherwise effective pore size, porosity, solid Can be formed into sheet-like materials with specific or other filtration requirements.

不織ろ過要素(non-woven filter element)は、表面の充填媒体として使用することができる。一般に、そのような要素は、微粒子材料を運ぶ流れを横切って配向されたセルロース、ガラス、PTFE、合成ファイバまたは他のファイバの高密度のマットを含む。媒体は、一般に、ガスの流れに対して浸透性であり、また、選択されたサイズより大きい粒子が媒体を通過することを阻止するために、十分に微細なポア・サイズおよび適切な多孔率を有するように構築される。材料がフィルタ・ペーパを通過する際に、フィルタ・ペーパの上流側は、ガス(流体)流れから選択されたサイズの粒子を捕集して保持するように、拡散および遮断により動作する。粒子は、フィルタ・ペーパの上流側においてダスト・ケークとして集められる。やがて、ダスト・ケークもフィルタとして動作し始め、効率が増大する。これは、「シーズニング」すなわち、初期効率より優れた効率の展開と呼ばれることもある。   Non-woven filter elements can be used as surface packing media. In general, such elements include a dense mat of cellulose, glass, PTFE, synthetic fibers or other fibers oriented across the flow carrying particulate material. The media is generally permeable to the gas flow and has a sufficiently fine pore size and adequate porosity to prevent particles larger than the selected size from passing through the media. Built to have. As the material passes through the filter paper, the upstream side of the filter paper operates by diffusion and blocking to collect and retain particles of a selected size from the gas (fluid) stream. The particles are collected as a dust cake upstream of the filter paper. Over time, the dust cake also begins to act as a filter, increasing efficiency. This is sometimes referred to as “seasoning”, ie, deployment of efficiency that is superior to the initial efficiency.

本明細書において開示される原理を使用するいくつかを含めて、エアークリーナ・システムにおいて有用な媒体のタイプには、BASF Corporation[ミシガン州ワイアンドット]または3M[ミネソタ州セントポール]などのフォーム供給業者から入手可能なポリウレタン・フォーム媒体などの連続気泡(opencell foam)媒体、およびいくつかの場合の微孔性媒体(microporous media)がある。たとえば、W.L.Gore and Associates,Inc.[デラウエア州ニューアーク]によって全般的に製造され、またはその監督下にあり、かつ名称Gore−Tex(登録商標)で販売されているタイプのフィブリルによって相互接続されたノードを備える伸張ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)膜、およびDonaldson Company Inc.の一部門であるTetratecによって製造され、商標名Tetratex(登録商標)で販売されているPTFE材料は、微孔性膜(microporous membrane)である。そのような微孔性膜を製造する技術は、米国特許第3953566号、第4187390号、第4110239号、および第5066683号において全般的に提供されており、参照によって本明細書に組み込まれている。多くの場合、そのような膜は、エアークリーナ・フィルタの構築に使用され、膜は、スクリムなどの基板にラミネートされ、または、膜は、フェルトもしくはスクリムの2つの層など、様々な基板間に配置される。一般に、PTFE膜または類似の微孔性膜は、表面充填または障壁フィルタとして動作する。一方、連続気泡膜(opencell foam membrane)は、通常、デプス媒体(depth media)として動作する。   Media types useful in air cleaner systems, including some using the principles disclosed herein, include foams such as BASF Corporation (Wyandot, Michigan) or 3M (St. Paul, Minnesota). There are opencell foam media such as polyurethane foam media available from suppliers, and in some cases microporous media. For example, W.W. L. Gore and Associates, Inc. Expanded polytetrafluoroethylene comprising nodes interconnected by fibrils of the type generally manufactured by or under the supervision of [Newark, Delaware] and sold under the name Gore-Tex® (PTFE) membrane, and Donaldson Company Inc. PTFE material manufactured by Tetratec, a division of the company and sold under the trade name Tetratex®, is a microporous membrane. Techniques for producing such microporous membranes are generally provided in US Pat. Nos. 3,953,566, 4,187,390, 4,110,239, and 5,066,683, which are incorporated herein by reference. . Often, such membranes are used in the construction of air cleaner filters, the membrane is laminated to a substrate such as a scrim, or the membrane is between various substrates, such as two layers of felt or scrim. Be placed. In general, PTFE membranes or similar microporous membranes act as surface filling or barrier filters. On the other hand, open cell foam membranes usually operate as depth media.

ろ過機器において使用される他の媒体は、ガラス・ファイバの使用を含む。そのようなガラス・ファイバ媒体は、通常、化学的攻撃に対する相当の耐性を有する織物構造または不織構造で構成された比較的小さい直径のガラス・ファイバであり、フィルタ・カートリッジの応用分野において比較的小さい多孔率および高い効率(HEPA)を有することができる。そのようなガラス・ファイバ媒体は、以下の米国特許番号において見られる:Smithら、米国特許第2797163号、Waggoner、米国特許第3228825号、Raczek、米国特許第3240663号、Youngら、米国特許第3249491号、Bodendorfら、米国特許第3253978号、Adamsら、米国特許第3375155号、およびPewsら、米国特許第3882135号。他のろ過媒体は、間隔をおいて配置される微細ファイバ構造を使用し、参照によって本明細書に組み込まれているドナルドソンの米国特許第5672399号、および参照によって本明細書に組み込まれている一般的に譲渡された1997年9月29日出願の米国特許出願08/935103において特徴付けられる。そのような材料は、デプス媒体タイプ構造と表面充填構造との間にあるハイブリッドと見なすことができる。すなわち、粒子は、そのような構成の深さを経て分布されるが、微細ファイバ層は、それぞれ、一部には障壁の形態として一般に動作し、いくつかの場合、間隔材料は、主に微細ファイバ層を分離し、かつ充填を見込むように動作する。そのような媒体は、本明細書において特徴付けられる原理を含む選択構成において使用することもできる。
米国特許第3953566号 米国特許第4187390号 米国特許第4110239号 米国特許第5066683号 米国特許第2797163号 米国特許第3228825号 米国特許第3240663号 米国特許第3249491号 米国特許第3253978号 米国特許第3375155号 米国特許第3882135号 米国特許第5672399号 米国特許出願08/935103号
Other media used in filtration equipment include the use of glass fibers. Such glass fiber media is typically a relatively small diameter glass fiber composed of a woven or non-woven structure that has considerable resistance to chemical attack, and is relatively common in filter cartridge applications. Can have low porosity and high efficiency (HEPA). Such glass fiber media can be found in the following US patent numbers: Smith et al., US Pat. No. 2,797,163, Wagoner, US Pat. No. 3,228,825, Raczek, US Pat. No. 3,240,663, Young et al., US Pat. No. 3,249,491. Bodendorf et al., US Pat. No. 3,253,978, Adams et al., US Pat. No. 3,375,155, and Pews et al., US Pat. No. 3,882,135. Other filtration media use spaced fine fiber structures and are incorporated herein by reference, Donaldson US Pat. No. 5,672,399, and incorporated herein by reference. Characterized in commonly assigned US patent application Ser. No. 08 / 935,103, filed Sep. 29, 1997. Such a material can be viewed as a hybrid between a depth media type structure and a surface-filled structure. That is, the particles are distributed through such a structured depth, but each of the fine fiber layers generally operates in part as a barrier form, and in some cases, the spacing material is predominantly fine. Operates to separate the fiber layers and allow for filling. Such media can also be used in selection configurations that include the principles characterized herein.
U.S. Pat. No. 3,953,566 US Pat. No. 4,187,390 U.S. Pat.No. 4,110,239 US Pat. No. 5,066,683 U.S. Pat. No. 2,797,163 U.S. Pat. No. 3,228,825 U.S. Pat. No. 3,240,663 U.S. Pat. No. 3,249,491 US Pat. No. 3,253,978 US Pat. No. 3,375,155 U.S. Pat. No. 3,882,135 US Pat. No. 5,672,399 US patent application 08/935103

我々は、ポリマー材料からフィルタ媒体を形成し、そしてファイバを微細ファイバの比較的厚い集合体に形成することによって、有効なフィルタ媒体を作成することができることを見いだした。層の微細ファイバは、約0.01から約1μm、好ましくは約0.03から0.5μmの直径を有することが好ましい。ファイバを含む層は、約1から100μmの厚さを有し、約5%から50%、好ましくは約5%から30%の媒体固体性を有する。本発明のポリマー・フィルタ媒体は、過フッ化ポリマー以外の有機ポリマー材料から作成される。これらの媒体は、ガスおよび液体の流体を含めて、流体をろ過するために使用することができる。本発明の好ましい媒体は、約5から100μmの厚さと、水の10psiにおいて約10mL/min/cm2(10mL-min-1-cm2)より大きい実質的なフィルタ寿命にわたって維持することができるかなりの流束(flux)とを有する。本発明の媒体の一態様では、媒体固体性(media solidity)は、流体をろ過するために使用されるとき、約7%から25%とすることができ、10psiにおいて10mL/min/cm2(10mL-min-1-cm2)より大きい流束(flux)、および水の約20mL/min/cm2の流速(flow rate)において試験されるとき、約0.2μmの粒子について少なくとも約98%の試験ろ過効率である。 We have found that effective filter media can be made by forming the filter media from a polymer material and forming the fibers into a relatively thick collection of fine fibers. The fine fiber of the layer preferably has a diameter of about 0.01 to about 1 μm, preferably about 0.03 to 0.5 μm. The layer comprising the fiber has a thickness of about 1 to 100 μm and a media solidity of about 5% to 50%, preferably about 5% to 30%. The polymer filter media of the present invention is made from organic polymer materials other than perfluorinated polymers. These media can be used to filter fluids, including gas and liquid fluids. Preferred media of the present invention are substantially capable of maintaining a thickness of about 5 to 100 μm and a substantial filter life greater than about 10 mL / min / cm 2 (10 mL-min −1 -cm 2 ) at 10 psi of water. With a flux of. In one aspect of the media of the present invention, the media solidity can be about 7% to 25% when used to filter fluids and can be 10 mL / min / cm 2 (at 10 psi). At least about 98% for particles of about 0.2 μm when tested at a flux greater than 10 mL-min −1 -cm 2 ) and a flow rate of about 20 mL / min / cm 2 of water. Test filtration efficiency.

本発明の媒体は、通常、単一工程において微細ファイバを比較的厚い媒体層に形成することによって、または静電紡糸(electrostatic spinning)プロセスにより複数工程を使用して媒体の厚さを構築することによって、形成される。次いで、形成されたフィルタ・マットは、流体流れから微粒子を効果的に除去することができるほぼ欠陥のない特性を有する機械的に安定な媒体層に層を圧縮することができる温度および圧力の条件に晒す。本発明では、「欠陥のない」という用語は、フィルタ要素またはカートリッジが本発明の媒体を使用して作成されるとき、媒体が、流体流れからかなりの量の微粒子を除去することができ、製造プロセスにおいて形成されるポアより著しく大きいポア・サイズを有する欠陥経路を微粒子が通過することにより、障害が生じないことを意味する。本発明では、媒体は、水の約20mL-min-1-cm2の流速(flow rate)において約0.2μmの粒子について、約98%のろ過効率を有する。媒体の効率をこのパラメータより低く低減するあらゆる深い経路が、欠陥経路を構成する。 The media of the present invention typically builds the thickness of the media using multiple steps by forming fine fibers into a relatively thick media layer in a single step, or by an electrostatic spinning process. Is formed by. The formed filter mat is then subjected to temperature and pressure conditions that can compress the layer into a mechanically stable media layer having substantially defect-free properties that can effectively remove particulates from the fluid stream. Expose to. In the present invention, the term “defect free” means that when a filter element or cartridge is made using the media of the present invention, the media can remove a significant amount of particulates from the fluid flow, It means that no failure occurs by passing the microparticles through a defect path having a pore size significantly larger than the pores formed in the process. In the present invention, the medium has a filtration efficiency of about 98% for particles of about 0.2 μm at a flow rate of about 20 mL-min −1 -cm 2 of water. Any deep path that reduces the efficiency of the media below this parameter constitutes a defect path.

また、本発明は、熱、湿度、反応材料、および機械的応力に対して改善された環境安定性を有して製造することができるポリマー材料にも関する。そのような材料は、改善された安定性および強度を有する本発明の媒体において使用されるマイクロファイバ材料およびナノファイバ材料などの微細ファイバの形成に使用することができる。ファイバのサイズが低減されるので、材料の残存性は、よりいっそう問題となる。そのような微細ファイバは、様々な応用分野において有用である。一応用分野では、フィルタ構造は、この微細ファイバ技術を使用して用意することができる。本発明は、ポリマー、ポリマー組成、ファイバ、フィルタ、フィルタ構築、およびろ過方法に関する。本発明の適用は、具体的には、空気流れおよび液体(たとえば、非水性および水性)流れからなど、流体流れから粒子をろ過することに関する。記述される技術は、フィルタ媒体において微細ファイバの1つまたは複数の層を有する構造に関する。組成およびファイバ・サイズは、特性および残存性の組合わせについて選択される。   The invention also relates to polymeric materials that can be produced with improved environmental stability against heat, humidity, reactive materials, and mechanical stress. Such materials can be used to form microfibers such as microfiber materials and nanofiber materials used in the media of the present invention with improved stability and strength. As the fiber size is reduced, material survivability becomes even more problematic. Such fine fibers are useful in a variety of applications. In one application field, the filter structure can be prepared using this fine fiber technology. The present invention relates to polymers, polymer compositions, fibers, filters, filter construction, and filtration methods. The application of the present invention specifically relates to filtering particles from fluid streams, such as from air streams and liquid (eg, non-aqueous and aqueous) streams. The described technique relates to a structure having one or more layers of fine fibers in a filter medium. Composition and fiber size are selected for a combination of properties and persistence.

フィルタ媒体は、機械的に安定なフィルタ構造において基板材料または多孔性支持体と随意選択で結合される少なくともマイクロファイバまたはナノファイバの媒体層を含む。これらの層は、ガスまたは液体などの流体が本発明の微細ファイバ・フィルタ媒体を通過するとき、最小の流れ制限において優れたろ過と、高い粒子捕集の効率とを併せて提供する。本発明の媒体は、流体流れの上流、下流、または内部層に配置することができる。様々な産業が、ろ過のためにろ過媒体を使用すること、すなわち、ガスまたは液体などの流体から所望されない粒子を除去することに、近年大きな関心を寄せている。共通するろ過プロセスは、空気流れもしくは他のガス流れを含む流体から、または圧媒液、潤滑油、燃料、水流れ、もしくは他の流体などの液体流れから、微粒子を除去する。そのようなろ過プロセスは、マイクロファイバおよび基板材料の機械的強度ならびに化学的および物理的安定性を必要とする。フィルタ媒体は、広範な温度条件、湿度、機械振動および衝撃に晒されることがあり、反応性および無反応性、研磨性または非研磨性の微粒子が流体流れに混入することがある。さらに、ろ過媒体は、しばしば、フィルタ媒体を反転圧力パルス(微粒子の表面コーティングを除去するための流体流れの短い反転)に晒する自己クリーニング能力、またはフィルタ媒体の表面から混入微粒子を除去することができる他のクリーニング機構を必要とする。そのような反転クリーニングは、パルス・クリーニング後、大きく改善された(すなわち)低減された圧力降下をもたらすことができる。粒子捕集効率は、パルス・クリーニング後、通常は改善されないが、パルス・クリーニングは、圧力降下を低減し、ろ過動作のエネルギーを節約する。そのようなフィルタは、修理のために取り外して、水性または非水性のクリーニング組成においてクリーニングすることができる。そのような媒体は、しばしば、微細ファイバを紡糸(spinning)させ、次いで多孔性基板の上にマイクロファイバのかみ合いウエブを形成することによって、製造される。紡糸(spinning)・プロセスにおいて、ファイバは、ファイバ・マットを統合層の中にかみ合わせるように、ファイバ間に物理的結合を形成することができる。次いで、そのような材料は、カートリッジ、平坦ディスク、キャニスタ、パネル、バッグ、およびポーチなどの所望のフィルタ・フォーマットに製作することができる。そのような構造内では、媒体は、実質的にプリーツ状にする、圧延する、またはそうでない場合は支持体構造の上に配置することができる。   The filter media includes at least a microfiber or nanofiber media layer that is optionally combined with a substrate material or porous support in a mechanically stable filter structure. These layers combine excellent filtration with minimal flow restriction and high particle collection efficiency when a fluid such as a gas or liquid passes through the fine fiber filter media of the present invention. The media of the present invention can be located upstream, downstream, or in an inner layer of the fluid flow. Various industries have recently been of great interest in using filtration media for filtration, ie removing unwanted particles from a fluid such as a gas or liquid. Common filtration processes remove particulates from fluids, including air streams or other gas streams, or from liquid streams such as hydraulic fluids, lubricants, fuels, water streams, or other fluids. Such a filtration process requires the mechanical strength and chemical and physical stability of the microfiber and substrate material. The filter media can be exposed to a wide range of temperature conditions, humidity, mechanical vibrations and shocks, and reactive and non-reactive, abrasive or non-abrasive particulates can enter the fluid stream. Furthermore, filtration media often can remove self-cleaning ability from subjecting the filter media to reversal pressure pulses (short reversal of fluid flow to remove the surface coating of particulates) or contaminating particulates from the surface of the filter media. Requires another cleaning mechanism that can. Such reversal cleaning can result in a greatly improved (ie) reduced pressure drop after pulse cleaning. Particle collection efficiency is not usually improved after pulse cleaning, but pulse cleaning reduces pressure drop and saves energy in the filtration operation. Such a filter can be removed for repair and cleaned in an aqueous or non-aqueous cleaning composition. Such media are often manufactured by spinning microfibers and then forming a microfiber interlocking web on a porous substrate. In the spinning process, the fibers can form physical bonds between the fibers so that the fiber mat engages in the integration layer. Such materials can then be fabricated into desired filter formats such as cartridges, flat disks, canisters, panels, bags, and pouches. Within such a structure, the media can be substantially pleated, rolled, or otherwise placed on a support structure.

ポリマー・ナノファイバおよびポリマー・マイクロファイバが既知であるが、これらの使用は、機械的応力に対し脆弱であり、表面積対容積率が非常に高いために化学的劣化を受けやすいことにより、非常に限定されていた。本発明において記述されるファイバは、これらの限定に対処することにより、非常に様々なろ過、織物、膜、および他の多様な応用分野において有用である。フィルタは、ろ過し、ろ過中に微粒子を繊維マトリックスに充填(load)し、一方、実際の流速(flow rate)すなわち過速度と許容可能な圧力降下とを維持する能力を保持するはずである。   Polymer nanofibers and polymer microfibers are known, but their use is very fragile due to their mechanical vulnerability and the high surface area to volume ratio, which makes them susceptible to chemical degradation. It was limited. The fibers described in the present invention are useful in a wide variety of filtration, fabrics, membranes, and various other applications by addressing these limitations. The filter should retain the ability to filter and load the fiber matrix into the fiber matrix during filtration, while maintaining the actual flow rate or overspeed and acceptable pressure drop.

フィルタの「寿命」は、通常、フィルタの両端の選択された限定圧力降下(limiting pressure drop)に従って定義される。フィルタの両端の圧力増大は、応用分野または設計について定義されたレベルにおける寿命を定義する。この圧力増大は、充填の結果であるので、同等の効率のシステムでは、より長い寿命は、通常、より高い能力に直接関連付けられる。効率は、微粒子を通過させるのではなく、微粒子を捕集する媒体の傾向である。通常、フィルタ媒体がガス流れからより効率的に微粒子を除去すると、一般に、より迅速にフィルタ媒体が「寿命」圧力差に近付くのなるのは明らかである(他の変数が一定に保持されると想定する)。   The “lifetime” of a filter is usually defined according to a selected limiting pressure drop across the filter. The pressure increase across the filter defines the lifetime at a level defined for the field of application or design. Since this pressure increase is a result of filling, longer life is usually directly related to higher capacity in systems of comparable efficiency. Efficiency is the tendency of a medium to collect particulates rather than let them pass. In general, it is clear that the filter media generally approaches the “life” pressure differential more quickly as the filter media removes particulates more efficiently from the gas stream (if other variables are held constant). Suppose).

本明細書において、「フィルタ要素」という用語は、一般に、フィルタ媒体を内部に含むエアークリーナの一部を指すことを意図する。フィルタ要素は、流体からの微粒子の機械的分離を提供する。一般に、フィルタ要素は、エアークリーナの取外し可能および交換可能、すなわち修理可能な一部として設計される。すなわち、フィルタ媒体は、フィルタ要素によって担持され、かつエアークリーナの残りの部分から分離可能であり、それにより、充填された、または部分的に充填されたフィルタ要素を取り外して、それを新しい、またはクリーニングされたフィルタ要素と交換することによって、再生することができる。エアークリーナは、取外しおよび交換を手によって行うことができるように設計されることが好ましい。「フィルタ媒体」または「媒体」という用語は、流体が通過する材料または材料の集合体を指し、粒子は、媒体において、または媒体の上に、随伴的かつ少なくとも一時的に付着する。   As used herein, the term “filter element” is generally intended to refer to a portion of an air cleaner that includes a filter media therein. The filter element provides mechanical separation of the particulates from the fluid. In general, the filter element is designed as a removable and replaceable or repairable part of the air cleaner. That is, the filter media is carried by the filter element and is separable from the rest of the air cleaner, thereby removing the filled or partially filled filter element and making it new or It can be regenerated by replacing it with a cleaned filter element. The air cleaner is preferably designed so that it can be removed and replaced by hand. The term “filter medium” or “media” refers to a material or collection of materials through which a fluid passes, and particles are incidentally and at least temporarily deposited in or on the medium.

上記で議論した従来の媒体は、ろ過機器およびプロセスにおいて割り当てられた役割について適切な性能を有していた。しかし、これらの媒体は、すべて、使用中の背圧または圧力降下、比較的大きいポア・サイズ、浸透性の問題、およびろ過寿命にわたってフィルタを通る材料の流速(flow rate)に関する他の問題を含めて、様々な問題の影響を受ける。当技術分野では、有効なポア・サイズを低減し、空気およびガス流れからろ過し得る微粒子の範囲を増大させるとともに、一方、高い浸透性、長いサービス寿命(service life)、および制御可能な圧力降下を維持することによって、フィルタ媒体を改良することが本質的に必要とされる。   The conventional media discussed above had adequate performance for the assigned role in the filtration equipment and process. However, all of these media include back pressure or pressure drop in use, relatively large pore size, permeability issues, and other issues regarding the flow rate of material through the filter over the filter life. Affected by various problems. The art reduces effective pore size and increases the range of particulates that can be filtered from air and gas streams while providing high permeability, long service life, and controllable pressure drop There is an essential need to improve the filter media by maintaining

本発明のフィルタ媒体は、ガス流れおよび液体流れを含めて流体のろ過を含む事実上あらゆる応用分野において使用できる。材料は、流れから様々な微粒子物質を除去するのに使用できる。微粒子物質は、有機または無機の汚染物質の両方を含み得る。有機汚染物質は、大きな微粒子天然産物、有機化合物、ポリマー微粒子、食品の残留物、および他の材料を含み得る。無機残留物は、ほこり、金属微粒子、灰、煙、ミスト、および他の材料を含み得る。   The filter media of the present invention can be used in virtually any field of application involving the filtration of fluids, including gas and liquid streams. The material can be used to remove various particulate matter from the stream. The particulate material can include both organic or inorganic contaminants. Organic contaminants can include large particulate natural products, organic compounds, polymer particulates, food residues, and other materials. Inorganic residues can include dust, metal particulates, ash, smoke, mist, and other materials.

本発明のろ過媒体は、平坦パネル・フィルタ、楕円フィルタ、カートリッジ・フィルタ、らせん巻きフィルタの構造を含む事実上あらゆる従来の構造において使用することができ、有用な形状もしくはプロファイルに媒体を形成することを含めて、プリーツ状のZフィルタまたは他の幾何学的構造において使用することができる。   The filtration media of the present invention can be used in virtually any conventional structure, including flat panel filters, elliptical filters, cartridge filters, spiral wound filter structures, and form the media in useful shapes or profiles Can be used in pleated Z-filters or other geometric structures.

本発明は、フィルタ媒体、フィルタ要素、フィルタ・カートリッジ、または微細ファイバ・フィルタ媒体を備える他のフィルタ技術に関する。微細ファイバ・フィルタ媒体は、媒体層においてファイバの集合体を備えた過フッ化ポリマー材料がほぼない実質的に有機ポリマーの微細ファイバを備え、ファイバは、約0.03から0.5μmの直径と、約1から100μmの厚さと、約5%から50%もしくは約5%から30%の固体性とを有する。固体性(solidity)の増大により、効率または他のフィルタ特性を大きく低下させずに、厚さを低減することが可能になる。一定の厚さにおいて、固体性を最高で約50%の限界まで増大させることにより、ポア・サイズが低減し、微粒子の貯蔵量が増大する。そのようなフィルタ媒体技術は、流体流れから微粒子を除去する、特に好ましくは水溶液の流れである液体から微粒子を除去する様々なろ過方法において使用することができる。   The present invention relates to filter media, filter elements, filter cartridges, or other filter technologies comprising fine fiber filter media. The microfiber filter media comprises substantially organic polymer microfibers that are substantially free of perfluorinated polymer material with a collection of fibers in the media layer, the fibers having a diameter of about 0.03 to 0.5 μm. A thickness of about 1 to 100 μm and a solidity of about 5% to 50% or about 5% to 30%. Increased solidity allows the thickness to be reduced without significantly reducing efficiency or other filter characteristics. By increasing the solidity to a limit of up to about 50% at a constant thickness, pore size is reduced and particulate storage is increased. Such filter media technology can be used in a variety of filtration methods to remove particulates from a fluid stream, particularly from a liquid that is preferably an aqueous stream.

本発明の層を包含するマイクロファイバまたはナノファイバを備える微細ファイバは、ファイバとすることができ、約0.01から2μm、好ましくは0.03から0.5μmの直径をもち得る。通常の微細ファイバろ過層の厚さは、ファイバ直径の約0.1から100倍であり、約5から35μm・cm-2の坪量(basic weight)と、最高で50%の容積による固体性(solidity)とをもつ。 Microfibers comprising microfibers or nanofibers containing layers of the present invention can be fibers and can have a diameter of about 0.01 to 2 μm, preferably 0.03 to 0.5 μm. The thickness of a typical fine fiber filtration layer is about 0.1 to 100 times the fiber diameter, solidity with a basic weight of about 5 to 35 μm · cm −2 and a volume of up to 50%. (Solidity).

改良されたポリマー材料は、改善された物理的および化学的安定性を有する。ポリマー微細ファイバ(fine fiber)は、有用な産物フォーマットに作成できる。ナノファイバは、200nmまたは0.2μm未満の直径を有するファイバである。通常の媒体は、約1μmより大きいファイバ直径を有する。この微細ファイバは、改良された単一層または複数層の微細ろ過媒体構造(microfiltration media structure)の形態に作成し得る。本発明の微細ファイバ層は、かみ合いネットを形成するように結合することができる微細ファイバの無作為分布を備える。ろ過性能は、主に、微細ファイバが流体を処理し、微粒子の通過に対する障壁(barrier)を確立した結果として得られる。剛性、強度、プリーツ性の構造特性は、微細ファイバが接着される基板によって提供される。微細ファイバかみ合いネットワークは、重要な特性として、マイクロファイバまたはナノファイバの形態の微細ファイバ、およびファイバ間の比較的小さい空間(ポア・サイズ)を有する。そのような空間は、通常、ファイバ間において、約0.01から約25μm、またはしばしば約0.1から約10μmの範囲にある。フィルタ製品は、微細ファイバ層および随意選択の支持体または他の媒体層を備える。稼働中(in service)、フィルタは、付随微粒子が微細ファイバ媒体層を通過するのを停止することができ、捕集粒子の実質的な表面充填を達成することができる。ダストまたは他の付随微粒子を備える粒子は、微細ファイバ表面上にダスト・ケークを迅速に形成し、微粒子除去の高い初期および全体的な効率を維持する。約0.01から約1μmの粒子サイズを有する比較的微細な汚染物質を有する場合でさえ、微細ファイバを備えるフィルタ媒体は、非常に高いダスト収容力(dust capacity)を有する。   Improved polymeric materials have improved physical and chemical stability. Polymer fine fibers can be made into useful product formats. A nanofiber is a fiber having a diameter of less than 200 nm or 0.2 μm. A typical medium has a fiber diameter greater than about 1 μm. The microfiber can be made in the form of an improved single layer or multiple layer microfiltration media structure. The fine fiber layer of the present invention comprises a random distribution of fine fibers that can be joined to form an interlocking net. Filtration performance is primarily obtained as a result of fine fibers processing the fluid and establishing a barrier to the passage of particulates. Stiffness, strength, and pleated structural properties are provided by the substrate to which the fine fibers are bonded. Microfiber meshing networks have, as important properties, microfibers in the form of microfibers or nanofibers, and a relatively small space (pore size) between the fibers. Such spaces are typically in the range of about 0.01 to about 25 μm, or often about 0.1 to about 10 μm between the fibers. The filter product comprises a fine fiber layer and an optional support or other media layer. In service, the filter can stop the attendant particulates from passing through the fine fiber media layer and achieve a substantial surface packing of the collected particles. Particles with dust or other attendant particulates quickly form a dust cake on the surface of the fine fiber and maintain a high initial and overall efficiency of particulate removal. Even with relatively fine contaminants having a particle size of about 0.01 to about 1 μm, filter media with fine fibers have a very high dust capacity.

本発明の微細ファイバ媒体は、約0.005から約0.02μmの寸法を有することがあるウィルス、約0.01から約1μmの範囲の粒子サイズを有することがあるタバコの煙、約0.5から最高で100μmの範囲の粒子サイズを有する家庭の埃、約0.03から約20μmの範囲である粒子サイズを有する細菌、約0.1から約100μmの範囲とすることができる家庭の埃、および他の有害なもしくは所望されない微粒子材料と同程度に小さい粒子を捕集するのに上首尾とすることができる。本発明の媒体の有効なろ過活性(filter activity)は、0.02μmから最高で100μmおよびそれ以上の小さい粒子において現われ得る。   The microfiber media of the present invention comprises a virus that may have a dimension of about 0.005 to about 0.02 μm, a tobacco smoke that may have a particle size in the range of about 0.01 to about 1 μm, about 0.0. Household dust having a particle size in the range of 5 up to 100 μm, bacteria having a particle size in the range of about 0.03 to about 20 μm, household dust that can be in the range of about 0.1 to about 100 μm And can be successful in collecting particles as small as other harmful or undesirable particulate materials. The effective filter activity of the media of the present invention can appear in small particles from 0.02 μm up to 100 μm and beyond.

本明細書において開示されるポリマー材料は、熱、湿度、高流速、反転パルス・クリーニング、動作による摩砕、サブミクロン微粒子、使用フィルタのクリーニング、および他の必要な条件の所望されない影響に対して、大きく改善された耐性を有する。改良されたマイクロファイバおよびナノファイバの性能は、マイクロファイバまたはナノファイバを形成するポリマー材料の改善された性質の結果である。さらに、本発明の改良されたポリマー材料を使用する本発明のフィルタ媒体は、高効率、より低い流れの制限、摩砕微粒子が存在する状態における高い耐久性(応力に関係、または環境に関係)、遊離ファイバまたはフィブリルのない滑らかな外表面を含めて、いくつかの有利な特徴を提供する。フィルタ材料の全体的な構造は、全体的により薄い媒体を提供し、これにより、単位容積あたりの改良された媒体領域、媒体を通る低減された速度、改善された媒体効率、および低減された流れの制限が可能になる。微細ファイバから本発明の媒体を準備することにより、容易に取り扱い、フィルタ構造に組み立てることができる媒体構造において高品質の微細ファイバろ過活性を提供し、一方、小さいファイバ・サイズ、小さいポア・サイズ、高浸透性、および許容可能な固体性を維持する微細ファイバから全面的に作成される大きな深度を有する媒体層が提供される。   The polymeric materials disclosed herein are resistant to the undesired effects of heat, humidity, high flow rates, reversal pulse cleaning, operational attrition, submicron particulates, used filter cleaning, and other necessary conditions. , With greatly improved resistance. The improved microfiber and nanofiber performance is a result of the improved properties of the polymer material that forms the microfiber or nanofiber. In addition, the filter media of the present invention using the improved polymeric material of the present invention provides high efficiency, lower flow restriction, high durability in the presence of milled particulates (stress related or environmental related). It provides several advantageous features, including a smooth outer surface free of free fibers or fibrils. The overall structure of the filter material provides an overall thinner media, thereby improving the media area per unit volume, reduced speed through the media, improved media efficiency, and reduced flow. Can be limited. Preparing the media of the present invention from fine fibers provides high quality fine fiber filtration activity in a media structure that can be easily handled and assembled into a filter structure, while providing a small fiber size, small pore size, A media layer having a high depth made entirely from fine fibers that maintain high permeability and acceptable solidity is provided.

媒体において使用されるポリマーには、ポリエチレンおよびポリプロピレン、ナイロン、PVC、PET、PBTなどのポリエステル、ポリエーテルスルフォン、PVDF、ポリカーボネート、スチレン・ポリマーおよびコポリマー、ならびにその他がある。   Polymers used in the media include polyethylene and polypropylene, nylon, PVC, PET, PBT and other polyesters, polyether sulfone, PVDF, polycarbonate, styrene polymers and copolymers, and others.

本発明の好ましいモードは、第1ポリマーと、高温において調整または処置される第2の異なるポリマー(ポリマーのタイプ、分子量、または物理的特性が異なる)を備えるポリマー混合物である。ポリマー混合物は、反応させて、単一化学種に形成することができ、またはアニーリング・プロセスによって混合組成に物理的に結合させることができる。アニーリングは、物理的変化、類似の結晶性、応力の緩和、または配向を課す。好ましい材料は、示差走査熱量計分析が単一ポリマー材料を出現させるように、単一ポリマー種に化学的に反応される。そのような材料は、好ましい付加材料と結合されるとき、マイクロファイバの上に付加剤の表面コーティングを形成することができ、これは、高温、高湿度、および異なる動作条件で接触されるとき、オレオフォビシティ(oleophobicity)、疎水性、または他の関連する改善された安定性を提供する。そのようなマイクロファイバは、付加材料の離散層、または部分的に可溶化もしくは合金化された付加材料の外側コーティング、あるいはその両方をポリマー表面に備える滑らかな表面を有し得る。混合ポリマー・システムにおいて使用される好ましい材料には、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン6−10、ナイロン(6−66−610)コポリマー、および他の鎖状の一般的な脂肪族ナイロン組成がある。好ましいナイロン・コポリマー樹脂(SVP−651)が、末端滴定によって分子量について分析された。(J.E.WalzおよびG.B.Taylor、determination of the molecular weight of nylon、Anal.Chem.Vol.19、Number7、448〜450ページ(1947年))。いくつかの平均分子量(Wn)は、21,500と24,800との間にあった。この組成は、ナイロン6約45%、ナイロン66約20%、およびナイロン610約25%の3つの成分のナイロンの融解温度の相図によって推定された。(ページ286、Nylon Plastics Handbook、Melvin Kohan編、Hanser Publisher、ニュー・ヨーク(1995年))。   A preferred mode of the invention is a polymer mixture comprising a first polymer and a second different polymer (different in polymer type, molecular weight, or physical properties) that is conditioned or treated at elevated temperatures. The polymer mixture can be reacted to form a single chemical species or can be physically bonded to the mixed composition by an annealing process. Annealing imposes physical changes, similar crystallinity, stress relaxation, or orientation. Preferred materials are chemically reacted to a single polymer species so that differential scanning calorimetry analysis will reveal a single polymer material. When such a material is combined with a preferred additive material, it can form a surface coating of the additive on the microfiber, which when contacted at high temperatures, high humidity, and different operating conditions, Provides oleophobicity, hydrophobicity, or other related improved stability. Such microfibers may have a smooth surface comprising a discrete layer of additive material, or an outer coating of additive material partially solubilized or alloyed, or both on the polymer surface. Preferred materials used in the mixed polymer system include nylon 6, nylon 66, nylon 6-10, nylon (6-66-610) copolymers, and other chained general aliphatic nylon compositions. A preferred nylon copolymer resin (SVP-651) was analyzed for molecular weight by end titration. (JE Walz and GB Taylor, determination of the molecular weight of nylon, Anal. Chem. Vol. 19, Number 7, pages 448-450 (1947)). Some average molecular weights (Wn) were between 21,500 and 24,800. This composition was estimated by a phase diagram of the three component nylon melting temperatures, about 45% nylon 6, about 20% nylon 66, and about 25% nylon 610. (Page 286, Nylon Plastics Handbook, edited by Melvin Kohan, Hanser Publisher, New York (1995)).

87から99.9%以上の加水分解度を有するポリビニルアルコールをそのようなポリマー・システムにおいて使用することができる。これらは、架橋されていることが好ましい。架橋され、オレオフォビックで疎水性のかなりの量の付加材料と結合されることが最も好ましい。   Polyvinyl alcohol having a degree of hydrolysis greater than 87 to 99.9% can be used in such polymer systems. These are preferably cross-linked. Most preferably, it is crosslinked and combined with a significant amount of additional material that is oleophobic and hydrophobic.

本発明の他の好ましいモードは、ファイバの寿命または動作特性を改善するように、付加組成と結合された単一ポリマー材料を含む。   Another preferred mode of the invention includes a single polymer material combined with an additive composition to improve the lifetime or operating characteristics of the fiber.

本発明の特に好ましい材料は、約0.1から1μmの寸法を有するファイバ材料を備える。最も好ましいファイバ・サイズの範囲は、0.03から0.5μmである。好ましいサイズを有するそのようなファイバは、優れたフィルタ活性、容易なバック・パルス・クリーニング、および他の態様を提供する。そのようなモードでは、ポリマー材料は、フィルタ構造を横断する反転方向を除いて、通常のろ過条件とほぼ同等であるパルス・クリーン入力を受けながら、基板に添付されていなければならない。そのような接着は、ファイバが基板と接触される際のファイバ形成の溶媒効果、または、熱もしくは圧力による基板上におけるファイバの事後処置の結果とすることができる。しかし、ポリマーの特性は、水素結合などの特定の化学相互作用、Tgより高いまたは低い温度で生じるポリマーと基板との接触、および付加剤を含むポリマー調合など、接着を決定するのに重要な役割を果たすと思われる。接着時に溶媒または流れで可塑化されたポリマーは、増大された接着性を有することができる。   Particularly preferred materials of the present invention comprise fiber material having a dimension of about 0.1 to 1 μm. The most preferred fiber size range is 0.03 to 0.5 μm. Such a fiber having a preferred size provides excellent filter activity, easy back pulse cleaning, and other aspects. In such a mode, the polymer material must be attached to the substrate while receiving a pulse clean input that is approximately equivalent to normal filtration conditions except for the inversion direction across the filter structure. Such adhesion can be the result of a solvent effect of fiber formation when the fiber is contacted with the substrate, or a post-treatment of the fiber on the substrate by heat or pressure. However, polymer properties play an important role in determining adhesion, such as certain chemical interactions such as hydrogen bonding, polymer-substrate contact that occurs at temperatures above or below Tg, and polymer formulations that contain additives. It seems to fulfill. Polymers plasticized with solvent or flow during bonding can have increased adhesion.

本発明の重要な態様は、フィルタ構造に形成されるそのようなマイクロファイバ材料またはナノファイバ材料の有用性である。そのような構造では、本発明の微細ファイバ材料は、フィルタの別々の媒体として作用する。他の媒体も、微細ファイバ媒体と共にフィルタにおいて使用することができる。天然ファイバおよび合成ファイバの基板、スパン・ボンデッド布の類似物、合成ファイバの不織布、セルロース誘導体、合成ファイバ、およびガラス・ファイバの混合物から作成される不織布、不織および織ガラス布、押し出しおよび穴開けされたプラスチック・スクリーン状材料、有機ポリマーのUF膜およびMF膜を使用することができる。次いで、シート状基板またはセルロース誘導体不織ウエブをフィルタ構造に形成することができ、このフィルタ構造は、懸濁微粒子または混入微粒子を流れから除去するために、空気流れまたは液体流れを含めて流体流れに配置される。フィルタ構造の形状および構造は、設計エンジニアに委ねられる。   An important aspect of the present invention is the usefulness of such microfiber or nanofiber materials formed into filter structures. In such a structure, the microfiber material of the present invention acts as a separate medium for the filter. Other media can also be used in the filter with the fine fiber media. Non-woven, non-woven and woven glass cloth, extruded and perforated made from natural fiber and synthetic fiber substrates, analogs of spun-bonded cloth, synthetic fiber nonwovens, cellulose derivatives, synthetic fibers, and glass fiber blends Plastic screen-like materials, organic polymer UF membranes and MF membranes can be used. A sheet-like substrate or cellulose derivative nonwoven web can then be formed into the filter structure, which includes fluid flow, including air or liquid flow, to remove suspended or contaminated particulate from the flow. Placed in. The shape and structure of the filter structure is left to the design engineer.

本発明のポリマー組成において使用することができるポリマー材料は、ポリオレフィン、ポリアセタール、ポリアミド、ポリエステル、セルロースエーテルおよびエステル、硫化ポリアルキレン、酸化ポリアリレン、ポリスルホン、改質ポリスルフホンポリマー、ならびにその混合物など、付加ポリマーおよび縮合ポリマーの材料の両方を含む。これらの包括的なクラスに入る好ましい材料には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ(塩化ビニル)、ポリメチルメタクリレート(および他のアクリル樹脂)、ポリスチレン、およびそのコポリマー(ABAタイプのブロック・コポリマーを含む)、ポリ(塩化ビニリデン)、ポリ(塩化ビニリデン)、架橋形態および非架橋形態にある様々な加水分解度(87%から99.5%)のポリビニルアルコールがある。好ましい付加ポリマーは、ガラス状である傾向がある(室温より高いTgにおいて)。これは、塩化ポリビニルおよびポリメチルメタクリレート、ポリスチレン・ポリマー組成、または合金、もしくはフッ化ポリビニリデンおよびポリビニルアルコールの材料について結晶度が低い場合である。ポリアミド縮合ポリマーの1つのクラスは、ナイロン材料である。「ナイロン」という用語は、すべての長鎖合成ポリアミドの総称である。通常、ナイロンの名称は、開始材料がCジアミンおよびC2酸(diacid)(第1数字がCジアミンを指し、第2数字が、Cジカルボン酸化合物を指す)であることを示すナイロン6,6など、一連の番号を含む。他のナイロンは、少量の水が存在する状態で、イプシロンカプロラクタムの重縮合によって作成することができる。この反応は、線形ポリアミドであるナイロン6(イプシロン−アミノカプロン酸としても知られるサイクリック・ラクタムから作成される)を形成する。さらに、ナイロン・コポリマーも、考慮される。コポリマーは、様々なジアミン化合物、様々な2酸(diacid)化合物、および様々な環状ラクタム構造を反応混合物において組み合わせ、次いでナイロンをポリアミド構造の無作為配置モノマー構造に形成することによって、作成することができる。たとえば、ナイロン6,6−6,10材料は、ヘキサメチレンジアミンならびに2酸(diacid)のCおよびC10の混合物から製造されたナイロンである。ナイロン6−6,6−6,10は、イプシロンアミノカプロン酸、ヘキサメチレンジアミン、ならびにCおよびC10の2酸(diacid)材料の混合物の共重合によって製造されたナイロンである。 Polymeric materials that can be used in the polymer composition of the present invention include additions such as polyolefins, polyacetals, polyamides, polyesters, cellulose ethers and esters, polyalkylene sulfides, polyarylene oxides, polysulfones, modified polysulfone polymers, and mixtures thereof. Includes both polymer and condensation polymer materials. Preferred materials that fall into these generic classes include polyethylene, polypropylene, poly (vinyl chloride), polymethylmethacrylate (and other acrylic resins), polystyrene, and copolymers thereof (including ABA type block copolymers), There are polyvinyl alcohols of various degrees of hydrolysis (87% to 99.5%) in poly (vinylidene chloride), poly (vinylidene chloride), crosslinked and non-crosslinked forms. Preferred addition polymers tend to be glassy (at Tg above room temperature). This is the case when the crystallinity is low for polyvinyl chloride and polymethyl methacrylate, polystyrene polymer compositions, or alloys, or polyvinylidene fluoride and polyvinyl alcohol materials. One class of polyamide condensation polymers are nylon materials. The term “nylon” is a generic name for all long chain synthetic polyamides. Normally, the name of nylon, starting material (pointing to the first digit C 6 diamine, second digit refers to C 6 dicarboxylic acid compound) C 6 diamine and C 6 2 acid (diacid) indicates a Includes a series of numbers, such as nylon 6,6. Other nylons can be made by polycondensation of epsilon caprolactam in the presence of a small amount of water. This reaction forms nylon 6, a linear polyamide (made from cyclic lactam, also known as epsilon-aminocaproic acid). In addition, nylon copolymers are also contemplated. Copolymers can be made by combining various diamine compounds, various diacid compounds, and various cyclic lactam structures in the reaction mixture, and then forming nylon into a random configuration monomer structure of polyamide structure. it can. For example, nylon 6,6-6,10 material is a nylon manufactured from a mixture of C 6 and C 10 of hexamethylenediamine and diacid (diacid). Nylon 6-6,6-6,10 is epsilon amino caproic acid, hexamethylenediamine, and a nylon manufactured by copolymerization of a mixture of diacid (diacid) material C 6 and C 10.

ブロック・コポリマーも、本発明のプロセスにおいて有用である。そのようなコポリマーでは、溶媒膨潤剤の選択が重要である。選択される溶媒は、両方のブロックが溶媒に可溶性であるようなものである。一例は、塩化メチレン溶媒におけるABA(スチレン−EP−スチレン)ポリマーまたはAB(スチレン−EP)ポリマーである。1つの成分が溶媒に可溶性ではない場合、ゲルを形成する。そのようなブロック・コポリマーの例には、スチレン−b−ブタジエンおよびスチレン−b−水素化ブタジエン(エチレンプロピレン)のクラトン(Kraton)(登録商標)タイプ、e−カプロラクタム−b−酸化エチレンのペバックス(Pebax)(登録商標)タイプ、シンパテックス(Sympatex)(登録商標)ポリエステル−b−酸化エチレン、ならびに酸化エチレンおよびイソシアネートのポリウレタンがある。   Block copolymers are also useful in the process of the present invention. For such copolymers, the choice of solvent swelling agent is important. The solvent chosen is such that both blocks are soluble in the solvent. An example is ABA (styrene-EP-styrene) polymer or AB (styrene-EP) polymer in methylene chloride solvent. If one component is not soluble in the solvent, it forms a gel. Examples of such block copolymers include Kraton® type of styrene-b-butadiene and styrene-b-hydrogenated butadiene (ethylenepropylene), e-caprolactam-b-ethylene oxide Pebax ( There are Pebax (R) type, Sympatex (R) polyester-b-ethylene oxide, and polyurethanes of ethylene oxide and isocyanate.

フッ化ポリビニリデンなどの付加ポリマー、シンジオタクティックポリスチレン、フッ化ビビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンのコポリマー、ポリビニルアルコール、酢酸ポリビニル、ポリ(アクリロニトリル)ならびにアクリル酸およびメタクリレートとのコポリマーなどのアモルファス付加ポリマー、ポリスチレン、ポリ(塩化ビニル)およびその様々なコポリマー、ポリ(メチルメタクリレート)およびその様々なコポリマーは、低圧および低温において可溶性であるので、比較的容易に溶液スピニングすることができる。しかし、ポリエチレンおよびポリプロピレンなどの高度に結晶性のポリマーは、溶液紡糸(solution spinning)される場合、高温、高圧の溶媒を必要とする。したがって、ポリエチレンおよびポリプロピレンの溶液防止は、非常に困難である。静電溶液紡糸(electrostatic solution spinning)は、ナノファイバおよびマイクロファイバを作成する1つの方法である。   Addition polymers such as polyvinylidene fluoride, syndiotactic polystyrene, copolymers of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, amorphous addition polymers such as polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, poly (acrylonitrile) and copolymers with acrylic acid and methacrylate, polystyrene, Poly (vinyl chloride) and its various copolymers, poly (methyl methacrylate) and its various copolymers are soluble at low pressure and low temperature and can be solution-spinned relatively easily. However, highly crystalline polymers such as polyethylene and polypropylene require high temperature, high pressure solvents when solution spinning. Therefore, solution prevention of polyethylene and polypropylene is very difficult. Electrostatic solution spinning is one method of making nanofibers and microfibers.

われわれは、2つ以上のポリマー材料をポリマー混合物、合金フォーマット、または架橋化学結合構造において備えるポリマー組成を形成する大きな利点も見いだした。そのようなポリマー組成は、ポリマー鎖の柔軟性または鎖の可動性を改善する、分子量全体を増大させる、およびポリマー材料のネットワークを形成するにより強化を提供するなど、ポリマーの属性を変化させることによって、物理的特性を改善すると考えられる。   We have also found great advantages in forming a polymer composition comprising two or more polymer materials in a polymer mixture, alloy format, or cross-linked chemical bond structure. Such polymer composition can be achieved by altering the attributes of the polymer, such as improving polymer chain flexibility or chain mobility, increasing overall molecular weight, and providing reinforcement by forming a network of polymer materials. It is thought to improve physical properties.

この概念の一実施形態では、2つの関係するポリマー材料は、有利な特性のために混合することができる。たとえば、高分子量のポリ塩化ビニルを、低分子量のポリ塩化ビニルと混合することができる。同様に、高分子量のナイロン材料を、低分子量のナイロン材料と混合することができる。さらに、一般的なポリマー族の異なる種を混合することができる。たとえば、高分子量のスチレン材料を、低分子量で耐衝撃性のポリスチレンと混合することができる。ナイロン6材料は、ナイロン6;6,6;6,10コポリマーなどのナイロン・コポリマーと混合することができる。さらに、87%加水分解ポリビニルアルコールなどの低度の加水分解を有するポリビニルアルコールを、98と99.9%との間およびそれ以上の加水分解度を有する完全に加水分解された、または超加水分解されたポリビニルアルコールと混合することができる。混合物におけるこれらの材料のすべては、適切な架橋機構を使用して架橋することができる。ナイロンは、アミド結合した窒素原子と反応する架橋剤を使用して架橋することができる。ポリビニルアルコール材料は、ホルムアルデヒドなどのモノアルデヒドなどのヒドロキシル反応材料、尿素、メラミンホルムアルデヒド樹脂およびその類似物、ホウ酸および他の無機化合物、ジアルデヒド、2酸(diacid)、ウレタン、エポキシ、ならびに他の既知の架橋剤を使用して架橋することができる。架橋技術は周知であり、架橋試薬が反応して、分子量、化学的耐性、全体的な強度、および機械劣化に対する耐性を大きく改善するように、ポリマー鎖間に共有結合を形成する現象が理解されている。   In one embodiment of this concept, two related polymer materials can be mixed for advantageous properties. For example, high molecular weight polyvinyl chloride can be mixed with low molecular weight polyvinyl chloride. Similarly, high molecular weight nylon materials can be mixed with low molecular weight nylon materials. In addition, different species of common polymer families can be mixed. For example, a high molecular weight styrene material can be mixed with low molecular weight, high impact polystyrene. The nylon 6 material can be mixed with nylon copolymers such as nylon 6; 6,6; 6,10 copolymers. In addition, polyvinyl alcohol with low hydrolysis, such as 87% hydrolyzed polyvinyl alcohol, is fully hydrolyzed or superhydrolyzed with a degree of hydrolysis between 98 and 99.9% and higher. Can be mixed with polyvinyl alcohol. All of these materials in the mixture can be crosslinked using a suitable crosslinking mechanism. Nylon can be crosslinked using a crosslinking agent that reacts with amide-bonded nitrogen atoms. Polyvinyl alcohol materials include hydroxyl reactive materials such as monoaldehydes such as formaldehyde, urea, melamine formaldehyde resins and the like, boric acid and other inorganic compounds, dialdehydes, diacids, urethanes, epoxies, and other Crosslinking can be performed using known crosslinking agents. Cross-linking techniques are well known and the phenomenon of forming covalent bonds between polymer chains is understood so that the cross-linking reagents react to greatly improve molecular weight, chemical resistance, overall strength, and resistance to mechanical degradation. ing.

我々は、付加材料は、微細ファイバの形態にあるポリマー材料の特性を著しく改善することができることを見いだした。熱、湿度、衝撃、機械的応力、および他の負の環境作用の影響に対する耐性は、付加材料の存在によって大きく改善することができる。我々は、本発明のマイクロファイバを処理するときに、付加材料が、オレオフォビック特性(oleophobic character)、疎水性特性を改善することができ、かつ材料の化学的安定性の改善を補助することができると思われることを見いだした。マイクロファイバの形態にある本発明の微細ファイバは、これらのオレオフォビック付加物および疎水性付加物の存在によって改良されるが、その理由は、これらの付加物が、保護層コーティング、削磨表面を形成し、または、ポリマー材料の性質を改善するように、ある深さまで表面を貫通するからであると考える。これらの材料の重要な特性は、オレオフォビック特性をも有することができることが好ましい強疎水性基が存在することであると考える。強疎水基には、フルオロカーボン基、疎水性炭化水素の表面活性剤またはブロック、およびほぼ炭化水素のオリゴマー組成がある。これらの材料は、ポリマーとの物理的結合または関連を通常提供するポリマー材料と共存可能である傾向がある分子の一部を有する組成に製造され、一方、付加物とポリマーとの関連の結果として、疎水基またはオレオフォビック基は、表面上にある、またはポリマー表面層と合金化される、もしくは混合される保護表面層を形成する。付加物のレベルが10%である0.2μmのファイバでは、表面の厚さは、付加物が表面に向かって泳動している場合、約50Åであると計算される。泳動は、バルクな材料におけるオレオフォビック基または疎水基の非共存可能性のために生じると考えられる。50Åの厚さは、保護コーティングには妥当な厚さであると思われる。0.05μmの直径のファイバでは、50Åの厚さは、20%の質量に対応する。2μmの厚さのファイバでは、50Åの厚さは、2%の質量に対応する。付加材料は、好ましくは約2から25wt.%の量において使用される。本発明のポリマー材料と組み合わせて使用することができるオリゴマー付加物には、フルオロケミカル、非イオン性表面活性剤、および低分子量樹脂またはオリゴマーを含めて、約500から約5000、好ましくは約500から約3000の分子量を有するオリゴマーがある。フッ化有機湿潤剤も、本発明において有用であることがある。   We have found that additive materials can significantly improve the properties of polymer materials in the form of fine fibers. Resistance to the effects of heat, humidity, impact, mechanical stress, and other negative environmental effects can be greatly improved by the presence of additional materials. When we process the microfibers of the present invention, additional materials can improve the oleophobic character, hydrophobic properties, and help improve the chemical stability of the material I found that I can do it. The microfibers of the present invention in the form of microfibers are improved by the presence of these oleophobic and hydrophobic adducts because these adducts are protective layer coatings, abrasive surfaces This is thought to be because it penetrates the surface to a certain depth so as to form or improve the properties of the polymer material. An important property of these materials is believed to be the presence of strongly hydrophobic groups that are preferably capable of also having oleophobic properties. Strongly hydrophobic groups include fluorocarbon groups, hydrophobic hydrocarbon surfactants or blocks, and approximately hydrocarbon oligomer compositions. These materials are manufactured into compositions having some of the molecules that tend to be compatible with polymer materials that normally provide physical association or association with the polymer, while as a result of the association between the adduct and the polymer. The hydrophobic groups or oleophobic groups form a protective surface layer that is on the surface or alloyed or mixed with the polymer surface layer. For a 0.2 μm fiber with an adduct level of 10%, the surface thickness is calculated to be about 50 mm when the adduct is migrating towards the surface. Migration is believed to occur due to the non-existence of oleophobic or hydrophobic groups in the bulk material. A thickness of 50 mm appears to be a reasonable thickness for the protective coating. For a 0.05 μm diameter fiber, a thickness of 50 mm corresponds to a mass of 20%. For a 2 μm thick fiber, a thickness of 50 mm corresponds to a mass of 2%. The additive material is preferably about 2 to 25 wt. Used in the amount of%. Oligomer adducts that can be used in combination with the polymeric material of the present invention include from about 500 to about 5000, preferably from about 500, including fluorochemicals, nonionic surfactants, and low molecular weight resins or oligomers. There are oligomers having a molecular weight of about 3000. Fluorinated organic wetting agents may also be useful in the present invention.

さらに、低級アルコールエトキシレート、脂肪酸エトキシレート、ノニルフェノールエトキシレートなどを含めて、非イオン性炭化水素表面活性剤も、本発明の付加材料として使用することができる。これらの材料の例には、トリトンX−100およびトリトンN−101がある。   In addition, nonionic hydrocarbon surfactants, including lower alcohol ethoxylates, fatty acid ethoxylates, nonylphenol ethoxylates, and the like can also be used as additional materials of the present invention. Examples of these materials include Triton X-100 and Triton N-101.

本発明の組成において付加材料として使用される有用な材料は、第3ブチルフェノールオリゴマーである。そのような材料は、比較的低分子量の芳香族フェノール樹脂である傾向がある。そのような樹脂は、直接芳香環から芳香環への酵素酸化カップリングによって準備されるフェノールポリマーである。メチレン・ブリッジがないことにより、固有の化学的および物理的安定性が得られる。   A useful material used as an additional material in the composition of the present invention is a tertiary butylphenol oligomer. Such materials tend to be relatively low molecular weight aromatic phenolic resins. Such resins are phenolic polymers prepared by direct enzymatic oxidative coupling from aromatic rings to aromatic rings. The absence of methylene bridge provides inherent chemical and physical stability.

これらのフェノール材料の例には、Enzyomol International Inc.[オハイオ州コロンバス]から得られるEnzo−BPA/フェノール、Enzo−TBP、Enzo−COP、および他の関係するフェノールがある。   Examples of these phenolic materials include Enzymomol International Inc. There are Enzo-BPA / phenol, Enzo-TBP, Enzo-COP, and other related phenols obtained from Columbus, Ohio.

媒体の幾何学的形状に関して、好ましい幾何学的形状は、通常、プリーツ状円筒パターンである。そのような円筒パターンは、一般に好ましいが、その理由は、製造が比較的簡単であり、従来のフィルタ製造技術を使用し、サービスが比較的容易であるからである。媒体をプリーツ状にすることにより、所与の容積内に配置される表面積が増大する。一般に、そのような媒体配置に関する主なパラメータは、プリーツの深度、プリーツ状媒体円筒の内径に沿って1インチあたりのプリーツの数で通常測定されるプリーツの密度、および円筒の長さまたはプリーツの長さである。一般に、具体的には障壁(非ハイブリッド)構成について、媒体のプリーツ深度、プリーツ長、およびプリーツ密度の選択に関する主要なファクタは、所与の応用例または状況に必要な全表面積である。そのような原理は、本発明の媒体および好ましくは類似の障壁タイプ構成(barrier type arrangement)に一般的に適用される。   With respect to the media geometry, the preferred geometry is usually a pleated cylindrical pattern. Such cylindrical patterns are generally preferred because they are relatively simple to manufacture, use conventional filter manufacturing techniques, and are relatively easy to service. By pleating the medium, the surface area placed within a given volume is increased. In general, the main parameters for such media placement are the pleat depth, the density of the pleats, usually measured in pleats per inch along the inner diameter of the pleated media cylinder, and the length or pleat length of the cylinder. Length. In general, particularly for barrier (non-hybrid) configurations, the primary factor for media pleat depth, pleat length, and pleat density selection is the total surface area required for a given application or situation. Such principles generally apply to the media of the present invention and preferably to similar barrier type arrangements.

米国特許第5423892号において指摘されるように、デプス媒体システム、または障壁媒体およびデプス媒体の組合わせを使用するシステムは、幾何学的形状に関して、厳密な障壁システムより制約されない。たとえば、米国特許第5423892号、カラム18、60行からカラム21、68行を参照されたい。しかし、一般には、これまで、そのような構成は、具体的には自動車用フィルタに関して、同様の応用例のプリーツ媒体構成と同じサイズおよび形状(同じ媒体容積の少なくとも約66%および一般にそれ以上を通常有する)において作成された。したがって、全媒体構造が内側ライナと外側ライナとの間に配置される場合、媒体容積は、一般に、内側ライナと外側ライナとの間において定義される円筒容積であり、上記で指摘したのと同じ方式で計算することができる。   As pointed out in US Pat. No. 5,423,892, a depth media system, or a system using a combination of barrier media and depth media, is less constrained in terms of geometry than a strict barrier system. See, for example, US Pat. No. 5,423,892, column 18, line 60 to column 21, line 68. In general, however, in the past, such configurations, particularly with respect to automotive filters, have the same size and shape as pleated media configurations of similar applications (at least about 66% and generally more than the same media volume). Usually have). Thus, if the entire media structure is placed between the inner and outer liners, the media volume is generally a cylindrical volume defined between the inner and outer liners, the same as noted above It can be calculated by the method.

効率に関して、原理は、関与する媒体のタイプに関して変化する。たとえば、セルロース・ファイバまたは同様の障壁媒体は、一般的な多孔率または浸透性全体を変更することによって、効率に関して全般的に変更される。また、米国特許第5423892号および第5672399号において説明されているように、いくつかの場合、媒体に油を補給することによって、ならびに他の場合、通常は5μm未満である比較的微細なファイバ、および多くの場合、サブミクロン・サイズ(平均)のファイバを媒体の表面に付着させることによって、障壁媒体の効率を修正することができる。米国特許第5423892号において説明されているように、乾式繊維媒体などの繊維状デプス媒体構成に関して、効率に関する変数には、媒体のパーセント固体性、含まれる構成内において媒体を圧縮する方式、全体的な厚さまたは深度、およびファイバのサイズがある。   With regard to efficiency, the principles vary with respect to the type of media involved. For example, cellulose fibers or similar barrier media are generally altered in terms of efficiency by changing the overall porosity or overall permeability. Also, as described in U.S. Pat. Nos. 5,423,892 and 5,672,399, in some cases, by refueling the media, and in other cases, relatively fine fibers that are typically less than 5 μm, And in many cases, the efficiency of the barrier media can be modified by attaching submicron sized (average) fibers to the surface of the media. As described in US Pat. No. 5,423,892, for fibrous depth media configurations, such as dry fiber media, variables related to efficiency include the percent solidity of the media, the manner in which the media is compressed within the included configuration, overall Thickness or depth, and fiber size.

本発明によるフィルタ媒体の構築は、微細ファイバ媒体の層をフィルタ構造に固定することを含む。   Construction of the filter media according to the present invention involves securing a layer of fine fiber media to the filter structure.

浸透性の微細ファイバ材料の第1層は、フレージャ浸透性試験によって構成の残りから分離されて評価される場合、少なくとも3.5m−min-1、通常かつ好ましくは約20m−min-1の浸透性を示す材料を備える。本明細書では、効率を参照するとき、特に断りがない限り、本明細書で記述されるように、0.78μm単分散ポリスチレン球状粒子を用いて20fl−m-1(6.1m−min-1)においてASTM−1215−89に従って測定されるときの効率を参照することを意味する。 The permeability of the first layer of fine fiber material, when evaluated is separated from the rest of the structure by Frazier permeability test, of at least 3.5 m-min -1, typically and preferably penetrate about 20 m-min -1 The material which shows sex is provided. In this specification, when referring to efficiency, unless otherwise noted, 20fl-m −1 (6.1 m-min −) using 0.78 μm monodisperse polystyrene spherical particles as described herein. 1 ) means to refer to the efficiency when measured according to ASTM-1215-89.

本発明のポリマー材料、本発明の微細ファイバ材料、および本発明の微細ファイバ材料からの有用なフィルタ構造の構築の様々な態様に関する以上の一般的な記述は、本発明の動作の全般的な技術原理の理解を提供する。10μm未満の小さい直径のファイバの電界紡糸(electro spinning)は、ポリマー・ジェットを非常に微細なフィラメントに伸張する引張り力として作用する強い電場からの静電力を使用して得られる。融解ポリマーは、電界紡糸プロセスにおいて使用することができるが、1μmより小さいファイバが、ポリマー溶液から作成されることが最適である。ポリマーの塊がより小さい直径に引き延ばされる際に、溶媒は気化し、ファイバ・サイズの低減に寄与する。溶媒の選択は、いくつかの理由で重要である。溶媒が過度に迅速に乾燥する場合、ファイバは、平坦で、直径が大きくなる傾向がある。溶媒が過度に緩慢に乾燥する場合、溶媒は、形成されたファイバを再び溶解させる。したがって、乾燥率とファイバ形成とを整合させることが重要である。高い生成率では、大量の排出空気流れが、引火性の大気となることを防ぎ、かつ発火の危険性を低減するように作用する。燃焼性ではない溶媒が有用である。製造環境において、処理機器は、必要に応じたクリーニングを必要とする。安全な低毒性溶媒が、作業者が有害化学物質に晒されるのを最小限に抑える。   The above general description of various aspects of the construction of the polymeric material of the present invention, the microfiber material of the present invention, and the useful filter structure from the microfiber material of the present invention is a general technique of the operation of the present invention. Provides an understanding of the principles. Electrospinning of small diameter fibers less than 10 μm is obtained using an electrostatic force from a strong electric field that acts as a pulling force that stretches the polymer jet into very fine filaments. Although the molten polymer can be used in the electrospinning process, it is optimal that fibers smaller than 1 μm are made from the polymer solution. As the polymer mass is stretched to a smaller diameter, the solvent evaporates and contributes to fiber size reduction. The choice of solvent is important for several reasons. If the solvent dries too quickly, the fibers tend to be flat and large in diameter. If the solvent dries too slowly, the solvent will redissolve the formed fiber. It is therefore important to match the drying rate with the fiber formation. At high production rates, a large amount of exhaust air flow acts to prevent flammable atmospheres and reduce the risk of ignition. Solvents that are not flammable are useful. In a manufacturing environment, processing equipment requires cleaning as needed. Safe, low toxicity solvents minimize worker exposure to hazardous chemicals.

一定量(unit)のマイクロファイバまたはナノファイバは、電界紡糸プロセスによって形成することができる。電界紡糸装置は、微細ファイバ形成ポリマー溶液が包含されるリザーバおよび排出装置を含み、排出装置に、ポリマー溶液がポンプで送られる。排出装置は、リザーバからポリマー溶液を得て、以下で議論されるように、静電場において、溶液の液滴が、静電場によって収集媒体に向けて加速される。排出装置に対面するが、間隔をおいて、ほぼ平面のグリッド(grid)が配置され、その上に、収集媒体基板または組合わせ基板が配置される。グリッドを経て空気を引き出すことができる。収集媒体は、グリッドに近接して配置される。高電圧静電位が、排出装置とグリッドとの間において維持され、収集基板が、適切な静電電圧源と、グリッドおよび排出装置にそれぞれ接続される接続とによってその間に配置される。   A unit of microfiber or nanofiber can be formed by an electrospinning process. The electrospinning device includes a reservoir containing a fine fiber-forming polymer solution and a discharge device, and the polymer solution is pumped to the discharge device. The ejector device obtains the polymer solution from the reservoir and, as will be discussed below, in the electrostatic field, the solution droplets are accelerated by the electrostatic field toward the collection medium. Facing the ejector, but at an interval, a generally planar grid is disposed on which a collection media substrate or a combined substrate is disposed. Air can be drawn through the grid. The collection medium is placed in proximity to the grid. A high voltage electrostatic potential is maintained between the ejector and the grid, and the collection substrate is placed between them by a suitable electrostatic voltage source and connections connected to the grid and the ejector, respectively.

使用時、ポリマー溶液は、排出装置にポンプで送られる。グリッドと排出装置との間の静電位は、電荷を材料に付与し、それにより、液体は、薄いファイバとして排出装置から排出され、ファイバは、グリッドに向けて引かれ、グリッドに到着して、頑強で機械的に安定な1つまたは複数の単位層を形成するのに十分な量が基板上に収集される。本発明のフィルタ媒体は、約0.1から300、好ましくは1〜200μmの厚さである1つまたは複数の初期層として形成される。溶液のポリマーの場合、溶媒は、グリッドへの移行中にファイバから気化し、したがって、ファイバは、収集基板に到達する。微細ファイバは、グリッドにおいてまず遭遇する基板ファイバに結合する。静電場の強度は、ポリマー材料自体が、排出装置から収集基板媒体まで加速されることを保証するように選択され、加速は、材料を非常に薄いマイクロファイバまたはナノファイバの構造にするように十分である。収集媒体の進行率を増大または減少させることにより、より多いまたはより少ない排出ファイバを形成媒体の上に付着させることができ、それにより、上に付着される各層の厚さを制御することが可能になる。シート状収集基板(sheet-like collection substrate)は、微細ファイバで形成される。次いで、シート状基板は、分離部(separation station)に送られ(directed)、1つまたは複数の微細ファイバ層が、必要であれば連続動作において、基板から除去される。もし更にシート状基板の連続長を形成するために他の層が微細ファイバ紡糸部(fine fiber spinning station)に送られる場合、紡糸装置が、追加の微細ファイバ層を形成してこの微細ファイバをろ過層に配置する。微細ファイバ層がシート状基板の上に形成された後、微細ファイバ層および基板は、カレンダリング部(calendaring station)などの熱処理および圧力処理に送られ、圧縮された厚さおよび坪量を有する微細層にその層を形成するために適切な処理がされる。次いで、シート状基板および微細ファイバ層は、効率モニタなどの適切な部(approproate station)において、QCについて試験される。次いで、シート状基板およびファイバ層は、適切なフィルタ製造部(filter manufacturing station)または巻取り部(winding station)に導かれて、更なる処理または後のフィルタ製造用に適切なスピンドル上に巻き付けられる。   In use, the polymer solution is pumped to the discharge device. The electrostatic potential between the grid and the discharge device imparts a charge to the material, so that the liquid is discharged from the discharge device as a thin fiber, and the fiber is drawn towards the grid and arrives at the grid, A sufficient amount is collected on the substrate to form one or more unit layers that are robust and mechanically stable. The filter media of the present invention is formed as one or more initial layers that are about 0.1 to 300, preferably 1 to 200 μm thick. In the case of a solution polymer, the solvent evaporates from the fiber during the transition to the grid, and therefore the fiber reaches the collection substrate. The fine fiber first couples to the substrate fiber encountered in the grid. The strength of the electrostatic field is selected to ensure that the polymer material itself is accelerated from the ejector to the collection substrate medium, and the acceleration is sufficient to make the material a very thin microfiber or nanofiber structure. It is. By increasing or decreasing the rate of progress of the collection medium, more or fewer drain fibers can be deposited on the forming medium, thereby controlling the thickness of each layer deposited thereon become. A sheet-like collection substrate is formed of fine fibers. The sheet substrate is then directed to a separation station and one or more fine fiber layers are removed from the substrate, if necessary, in continuous operation. If another layer is sent to a fine fiber spinning station to further form a continuous length of sheet substrate, the spinning device forms an additional fine fiber layer and filters this fine fiber. Arrange in layers. After the fine fiber layer is formed on the sheet-like substrate, the fine fiber layer and the substrate are sent to a heat treatment and pressure treatment such as a calendering station, and the fine fiber layer having a compressed thickness and basis weight is sent. Appropriate processing is performed to form the layer. The sheet substrate and fine fiber layer are then tested for QC in an appropriate station such as an efficiency monitor. The sheet substrate and fiber layer are then directed to a suitable filter manufacturing station or winding station and wound on a suitable spindle for further processing or subsequent filter manufacturing. .

本発明の媒体の処理後、媒体は、連続シート状媒体構造に形成された微細ファイバの単一層または複数層を備える。処理が完了し、媒体が最終的厚さ(final thickness)になった後、媒体構造の単一層は、約0.lから約100μm、好ましくは約1から約50μm、最も好ましくは約1から約15μmの最終深度(final depth)を備えることができる。複数層構造では、全体的な最終厚さは、約0.1から約100μmに範囲にわたることがあり、各個々の層は、約0.1から約100μm、好ましくは約0.3から約50μmの厚さを有する。全体的な固体性(overall solidity)、平均的なポアサイズ、浸透性(permeability)、および坪量(basic weight)は、以下の通りである。   After processing the media of the present invention, the media comprises a single layer or multiple layers of fine fibers formed into a continuous sheet media structure. After processing is complete and the media is at final thickness, a single layer of media structure is about 0. A final depth from 1 to about 100 μm, preferably from about 1 to about 50 μm, and most preferably from about 1 to about 15 μm can be provided. For multi-layer structures, the overall final thickness can range from about 0.1 to about 100 μm, with each individual layer ranging from about 0.1 to about 100 μm, preferably from about 0.3 to about 50 μm. Having a thickness of The overall solidity, average pore size, permeability, and basic weight are as follows:

Figure 2005536347
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本発明によるある好ましい構成は、フィルタ構築全体において、一般的に定義されるフィルタ媒体を含む。そのような使用のいくつかの好ましい構成は、円筒プリーツ構成で構成された媒体を備え、プリーツは、全体的に縦方向、すなわち円筒パターンの縦軸と同じ方向に延びる。そのような構成では、媒体は、従来のフィルタの場合と同様に、エンド・キャップに埋め込まれることが可能である。そのような構成は、通常の従来の目的のために、所望であれば、上流ライナおよび下流ライナを含むことが可能である。   One preferred configuration according to the present invention includes a generally defined filter medium in the overall filter construction. Some preferred configurations for such use comprise a medium configured in a cylindrical pleat configuration, the pleats extending generally in the longitudinal direction, ie in the same direction as the longitudinal axis of the cylindrical pattern. In such a configuration, the media can be embedded in the end cap, as in a conventional filter. Such a configuration can include an upstream liner and a downstream liner, if desired, for normal conventional purposes.

いくつかの応用例では、本発明による媒体は、ろ過性能全体または寿命を改善するために、従来の媒体など、他のタイプの媒体と共に使用されることが可能である。たとえば、本発明による媒体は、従来の媒体にラミネートされる、スタック構成において使用される、または従来の媒体の1つまたは複数の領域を含む媒体構造に組み込まれる(一体式特徴)ことが可能である。本発明による媒体は、良好な充填のために、そのような媒体の上流において使用されることが可能であり、および/または、高効率研磨フィルタとして、従来の媒体の下流において使用されることが可能である。   In some applications, the media according to the present invention can be used with other types of media, such as conventional media, to improve overall filtration performance or lifetime. For example, media according to the present invention can be laminated to conventional media, used in a stack configuration, or incorporated into a media structure that includes one or more regions of conventional media (integral feature). is there. The media according to the present invention can be used upstream of such media for good filling and / or used downstream of conventional media as a high efficiency abrasive filter. Is possible.

本発明によるある構成は、液体フィルタ・システムにおいて使用されることも可能である。すなわち、ろ過される特定の材料は、液体において搬送される。また、本発明によるある構成は、空気から微細ミストをろ過する構成など、ミスト収集装置において使用されることが可能である。   Certain configurations according to the present invention may also be used in liquid filter systems. That is, the specific material to be filtered is conveyed in the liquid. Also, certain configurations according to the present invention can be used in mist collection devices, such as configurations that filter fine mist from air.

本発明によれば、ろ過方法が提供される。方法は、ろ過のために、記述された媒体の使用を一般に含むことが有利である。以下の記述および例からわかるように、本発明による媒体は、比較的効率的なシステムにおいて比較的長い寿命を提供するように特定的に構成および構築できることが有利である。   According to the present invention, a filtration method is provided. Advantageously, the process generally involves the use of the described medium for filtration. As can be seen from the following description and examples, it is advantageous that the media according to the present invention can be specifically configured and constructed to provide a relatively long lifetime in a relatively efficient system.

様々なフィルタ設計が、フィルタ材料と共に使用される1つおよび複数のフィルタ構造の様々な態様を開示および主張する特許において示されている。Engelら米国特許第4720292号は、全体的に円筒のフィルタ要素設計を有するフィルタ・アセンブリの径方向封止設計を開示し、フィルタ要素は、円筒径方向内向き対面表面を有する比較的柔軟なゴム様エンド・キャップによって封止される。Kahlbaughら米国特許第5082476号は、本発明のマイクロファイバ材料と結合されたプリーツ構成要素を有するフォーム基板を備えるデプス媒体を使用するフィルタ設計を開示する。Stifelmanら米国特許第5104537号は、液体媒体をろ過するのに有用なフィルタ構造に関する。液体は、フィルタ・ハウジングの中に混入され、フィルタの外面を通って内部環状コアの中に進み、次いで、基板における能動的な使用に戻る。そのようなフィルタは、圧媒液のろ過に非常に有用である。Engelら米国特許第5613992号は、通常のジーゼル・エンジン空気取入れフィルタ構造を示す。構造は、混入した湿気を含むまたは含まないハウジングの外面から空気を得る。空気は、フィルタを通過し、一方、湿気は、ハウジングの底部まで進み、ハウジングから排出され得る。Gillinghamら米国特許第5820646号は、Zフィルタ構造を開示する。これは、適切なろ過性能を得るために、流体流れがZ形経路においてフィルタ媒体の少なくとも1つの層を通過することを必要とするプラグ通路を含む特定のプリーツ・フィルタ設計を使用する。プリーツ状のZ形フォーマットに形成されたフィルタ媒体は、本発明の微細ファイバ媒体を含むことができる。Glenら米国特許第5853442号は、本発明の微細ファイバ構造を含み得るフィルタ要素を有するバグ・ハウス構造を開示する。Berkhoelら、米国特許第5954849号は、ダスト収集装置構造を示す。これは、環境空気において大量のダスト充填を生成する工作物を処理した後、空気流れからダストをろ過するために、大量のダスト充填を有する通常は空気を処理するのに有用である。最後に、Gillingham、米国意匠第425189号は、Zフィルタ設計を使用するパネル・フィルタを開示する。   Various filter designs are shown in patents that disclose and claim various aspects of one or more filter structures for use with filter materials. US Pat. No. 4,720,292 to Engel et al. Discloses a radial seal design for a filter assembly having a generally cylindrical filter element design, the filter element having a relatively flexible rubber having a cylindrical radially inward facing surface. It is sealed with an end cap. Kahlbaugh et al. US Pat. No. 5,082,476 discloses a filter design using a depth medium comprising a foam substrate having a pleated component combined with a microfiber material of the present invention. Stifelman et al US Pat. No. 5,104,537 relates to a filter structure useful for filtering liquid media. The liquid is entrained in the filter housing and travels through the outer surface of the filter into the inner annular core and then returns to active use on the substrate. Such a filter is very useful for filtration of hydraulic fluid. US Pat. No. 5,613,992 to Engel et al. Shows a conventional diesel engine air intake filter structure. The structure obtains air from the outer surface of the housing with or without contaminated moisture. Air passes through the filter, while moisture can travel to the bottom of the housing and be exhausted from the housing. Gillingham et al. US Pat. No. 5,820,646 discloses a Z filter structure. This uses a specific pleated filter design that includes a plug passage that requires fluid flow to pass through at least one layer of filter media in a Z-shaped path to obtain adequate filtration performance. Filter media formed in a pleated Z-format can include the fine fiber media of the present invention. Glen et al. US Pat. No. 5,853,442 discloses a bag house structure having a filter element that may include the fine fiber structure of the present invention. Berkhhoe et al., US Pat. No. 5,9554849, shows a dust collector structure. This is useful for processing normally air with a large amount of dust filling to filter the dust from the air stream after processing a workpiece that produces a large amount of dust filling in ambient air. Finally, Gillingham, US Design No. 425189 discloses a panel filter that uses a Z filter design.

本発明の様々な態様の以上の記述は、本発明のフィルタ構造における微細ファイバ媒体の構造を理解する基盤を提供する。以下の例およびデータは、本発明の機能特性をさらに示す。例示される材料は、本発明の具体的な実施形態であり、請求の範囲を狭めることを意図するものではない。   The above description of various aspects of the present invention provides a basis for understanding the structure of the fine fiber media in the filter structure of the present invention. The following examples and data further illustrate the functional properties of the present invention. The illustrated materials are specific embodiments of the present invention and are not intended to narrow the scope of the claims.

比較の基準として、ミリポアの酢酸セルロースおよび硝酸セルロースの系統(line)が、以下の表1に示す様々な動作パラメータの項目において特徴付けられた。これらの結果は、液体およびガスの性能の両方を示した。   As a basis for comparison, Millipore cellulose acetate and cellulose nitrate lines were characterized in terms of various operating parameters as shown in Table 1 below. These results showed both liquid and gas performance.

Figure 2005536347
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これらのデータに基づいて、ファイバ直径を低減することによりポア・サイズを低減するが、一方、固体性と、浸透性と、耐性が増大された圧力降下とを維持することによって、改良されたフィルタ媒体を作成することができると考える。ポア・サイズ分布を狭くすることができる場合、従来のミリポア膜の候補として同等の分離特性をもつより薄い構造を流速(flow rate)を実質的に増大して製造することができる。   Based on these data, an improved filter by reducing pore size by reducing fiber diameter while maintaining solidity, permeability, and pressure drop with increased tolerance I think I can create a medium. If the pore size distribution can be narrowed, thinner structures with equivalent separation characteristics can be produced as conventional Millipore membrane candidates with substantially increased flow rates.

表2および3は、一定質量において層の厚さを低減することによって得られる固体性の増大およびファイバ間空間の結果を列挙する。表1を表2および3と比較することにより、層の厚さを80μmに低減することにより、ミリポア0.22膜に匹敵する留継ぎ円筒ファイバ間の空間(mitered cylinder inter-fiber space)が与えられる。約20μmの厚さにさらにカレンダリングすることにより、示唆された製造業者のポア等級に近い留継ぎ円筒ファイバ間の空間が得られる。同様に、ミリポア0.22膜に匹敵する0.25の固体性において、0.5μmの平均ファイバ間空間および0.19μmの平均ポア・サイズを有するろ過構造は、150から40μmに厚さを大きく低減することにより、ほぼ4倍に流速(flow rate)を増大させた。さらに、2つの40μmの層が接合される場合、分離効率を向上させて、約2倍の流れの利点を達成することができる。これらのモデルに基づいて、同等または改善された効率における大きな流速(flow rate)の利点を、単一構造または複数層構造においてカレンダリングされた微細ファイバ・マトリックス(calendered fine fiber matrix)で達成することができると考える。表2および3は、改良された媒体のフィルタ特性の計算を記述する。   Tables 2 and 3 list the solidity enhancement and interfiber spacing results obtained by reducing the layer thickness at constant mass. By comparing Table 1 with Tables 2 and 3, reducing the layer thickness to 80 μm provides a mitered cylinder inter-fiber space comparable to a Millipore 0.22 membrane. It is done. Further calendering to a thickness of about 20 μm provides a space between the splicing cylindrical fibers close to the suggested manufacturer's pore grade. Similarly, a filtration structure having an average interfiber spacing of 0.5 μm and an average pore size of 0.19 μm at a solidity of 0.25 comparable to a Millipore 0.22 membrane increases the thickness from 150 to 40 μm. By reducing it, the flow rate was increased almost 4 times. In addition, if two 40 μm layers are joined, the separation efficiency can be improved to achieve about twice the flow advantage. Based on these models, to achieve the advantage of large flow rate with equal or improved efficiency with a calendered fine fiber matrix in a single or multi-layer structure I think you can. Tables 2 and 3 describe the calculation of improved media filter characteristics.

Figure 2005536347
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上記の仕様、例、およびデータは、本発明の製造および組成の使用の完全な記述を提供する。本発明の多くの実施形態は、本発明の精神および範囲から逸脱せずに実施することができるので、本発明は、別紙の請求の範囲に定義される。   The above specifications, examples, and data provide a complete description of the manufacture and use of the composition of the invention. Since many embodiments of the invention can be made without departing from the spirit and scope of the invention, the invention is defined in the appended claims.

Claims (83)

過フッ化ポリマー材料を実質的に含まないポリマーのフィルタ媒体であって、
前記フィルタ媒体が有機ポリマーを含むファイバの集まりを含み、
前記ファイバが約0.03から0.5μmの直径をもち、
前記フィルタ媒体が、約1から100μmの厚さをもつ1層を含み、
前記フィルタ媒体が、約5%から50%の固体性(solidity)をもつことを特徴とするフィルタ媒体。
A polymer filter medium substantially free of perfluorinated polymer material, comprising:
The filter medium comprises a collection of fibers comprising an organic polymer;
The fiber has a diameter of about 0.03 to 0.5 μm;
The filter medium comprises a layer having a thickness of about 1 to 100 μm;
The filter medium, wherein the filter medium has a solidity of about 5% to 50%.
前記固体性が、約5%から30%であることを特徴とする請求項1に記載のフィルタ媒体。   The filter media of claim 1, wherein the solidity is about 5% to 30%. 前記フィルタ媒体が、約5から100μmの厚さと、10psiにおいて水の10mL/min/cm2(10mL-min-1-cm2)より大きい流束(flux)とを有することを特徴とする請求項1に記載のフィルタ媒体。 The filter media has a thickness of about 5 to 100 μm and a flux greater than 10 mL / min / cm 2 (10 mL-min −1 -cm 2 ) of water at 10 psi. 2. The filter medium according to 1. 2つ以上のファイバの層を含み、各ファイバの層が約20μm未満の厚さを独立にもち、
前記フィルタ媒体が、10psiにおいて水の10mL/min/cm2(10mL-min-1-cm2)より大きい流束(flux)と、水の約20mL/min/cm2の流速(flow rate)において約0.2μmの粒子について少なくとも約98%のろ過効率とをもつことを特徴とする請求項1に記載のフィルタ媒体。
Including two or more fiber layers, each fiber layer independently having a thickness of less than about 20 μm;
The filter media is at a flux greater than 10 mL / min / cm 2 (10 mL-min −1 -cm 2 ) of water at 10 psi and a flow rate of about 20 mL / min / cm 2 of water. 2. The filter media of claim 1 having a filtration efficiency of at least about 98% for about 0.2 [mu] m particles.
前記ファイバの本体の厚さが約5から80μmであり、
前記フィルタ媒体が、10psiにおいて水の10mL/min/cm2(10mL-min-1-cm2)より大きい流束(flux)と、水の約20mL/min/cm2の流速(flow rate)において約0.2μmの粒子について少なくとも約98%のろ過効率とを有することを特徴とする請求項1に記載のフィルタ媒体。
The fiber body has a thickness of about 5 to 80 μm;
The filter media is at a flux greater than 10 mL / min / cm 2 (10 mL-min −1 -cm 2 ) of water at 10 psi and a flow rate of about 20 mL / min / cm 2 of water. The filter media of claim 1 having a filtration efficiency of at least about 98% for particles of about 0.2 µm.
前記媒体の固体性が約7%から25%であり、
前記フィルタ媒体が、10psiにおいて水の10mL/min/cm2(10mL-min-1-cm2)より大きい流束(flux)と、水の約20mL/min/cm2の流速(flow rate)において約0.2μmの粒子について少なくとも約98%のろ過効率とを有することを特徴とする請求項1に記載のフィルタ媒体。
The solidity of the medium is about 7% to 25%;
The filter media is at a flux greater than 10 mL / min / cm 2 (10 mL-min −1 -cm 2 ) of water at 10 psi and a flow rate of about 20 mL / min / cm 2 of water. The filter media of claim 1 having a filtration efficiency of at least about 98% for particles of about 0.2 µm.
前記フィルタ媒体が、巻き媒体またはプリーツ媒体であり、多孔性の支持体と結合されることを特徴とする請求項1に記載のフィルタ媒体。   The filter medium according to claim 1, wherein the filter medium is a wound medium or a pleated medium, and is combined with a porous support. 前記媒体が、平坦なパネルフィルタまたは円筒状のフィルタの媒体層を含むことを特徴とする請求項6に記載のフィルタ媒体。   The filter media of claim 6, wherein the media comprises a media layer of a flat panel filter or a cylindrical filter. 前記ファイバの直径が、約0.05から0.4μmであることを特徴とする請求項1に記載のフィルタ媒体。   The filter media of claim 1, wherein the fiber has a diameter of about 0.05 to 0.4 μm. 前記ファイバが、ナイロン・ファイバを含むことを特徴とする請求項1に記載のフィルタ媒体。   The filter media of claim 1, wherein the fibers comprise nylon fibers. 前記ファイバが、ポリオレフィンを含むことを特徴とする請求項1に記載のフィルタ媒体。   The filter media of claim 1, wherein the fiber comprises a polyolefin. 前記ポリオレフィンが、ポリエチレンまたはポリプロピレンを含むことを特徴とする請求項11に記載のフィルタ媒体。   The filter medium according to claim 11, wherein the polyolefin includes polyethylene or polypropylene. 前記ファイバが、塩化ポリビニルを含むことを特徴とする請求項1に記載のフィルタ媒体。   The filter media of claim 1, wherein the fiber comprises polyvinyl chloride. 前記ファイバが、ポリアクリロニトリル・ファイバを含むことを特徴とする請求項1に記載のフィルタ媒体。   The filter media of claim 1, wherein the fibers comprise polyacrylonitrile fibers. 前記ファイバが、ポリエーテルスルフォンを含むことを特徴とする請求項1に記載のフィルタ媒体。   The filter media of claim 1, wherein the fiber comprises polyethersulfone. 前記ファイバが、ポリエステルを含むことを特徴とする請求項1に記載のフィルタ媒体。   The filter media of claim 1, wherein the fiber comprises polyester. 前記ポリエステルが、PETまたはPBTを含むことを特徴とする請求項15に記載の媒体。   The medium of claim 15, wherein the polyester comprises PET or PBT. 前記ファイバが、フッ化ポリビニリデンを含むことを特徴とする請求項1に記載のフィルタ媒体。   The filter media of claim 1, wherein the fiber comprises polyvinylidene fluoride. 前記ファイバが、フェノール付加物を含むナイロン・ファイバを備えることを特徴とする請求項10に記載のフィルタ媒体。   11. The filter media of claim 10, wherein the fiber comprises a nylon fiber that includes a phenol adduct. 前記ファイバが、ポリカーボネートを含むことを特徴とする請求項10に記載のフィルタ媒体。   The filter media of claim 10, wherein the fiber comprises polycarbonate. 前記ファイバが、スチレン・ポリマーを含むことを特徴とする請求項10に記載のフィルタ媒体。   The filter media of claim 10, wherein the fiber comprises a styrene polymer. 過フッ化ポリマー材料を実質的に含まないポリマーのフィルタ媒体であって、
前記フィルタ媒体が、有機ポリマーのファイバの少なくとも2つの層を含み、
前記ファイバが、約0.03から0.5μmの直径をもち、
前記少なくとも2つの層が結合して一つの本体となり、前記本体が、約2から100μmの厚さをもち、約5%から50%の固体性を有することを特徴とするフィルタ媒体。
A polymer filter medium substantially free of perfluorinated polymer material, comprising:
The filter medium comprises at least two layers of organic polymer fibers;
The fiber has a diameter of about 0.03 to 0.5 μm;
A filter medium, wherein the at least two layers combine to form a body, the body having a thickness of about 2 to 100 μm and having a solidity of about 5% to 50%.
前記固体性が約5%から30%であることを特徴とする請求項22に記載のフィルタ媒体。   23. The filter media of claim 22, wherein the solidity is about 5% to 30%. 10psiにおいて水の10mL/min/cm2(10mL-min-1-cm2)より大きい流束(flux)を有することを特徴とする請求項22に記載のフィルタ媒体。 Filter medium according to claim 22, characterized in that it comprises a water 10mL / min / cm 2 (10mL -min -1 -cm 2) greater flux (flux) at 10 psi. 2つ以上の層を含み、各層が約20μm未満の厚さを独立にもち、
前記フィルタ媒体が、10psiにおいて水の約15から60mL/min/cm2(60mL-min-1-cm2)の流束(flux)と、水の約20mL/min/cm2の流速(flow rate)において約0.2μmの粒子について少なくとも98%のろ過効率とをもつことを特徴とする請求項22に記載のフィルタ媒体。
Comprising two or more layers, each layer independently having a thickness of less than about 20 μm;
The filter media has a flux of about 15 to 60 mL / min / cm 2 of water (60 mL-min −1 -cm 2 ) at 10 psi and a flow rate of about 20 mL / min / cm 2 of water. 23. The filter media of claim 22 having a filtration efficiency of at least 98% for particles of about 0.2 μm.
前記ファイバの本体の厚さが、約5から80μmであり、各層の厚さが独立に約5から25μmであり、
前記フィルタ媒体が、10psiにおいて水の約15から60mL/min/cm2(60mL-min-1-cm2)の流束(flux)と、水の約20mL/min/cm2の流速(flow rate)において約0.2μmの粒子について少なくとも約98%のろ過効率とを有することを特徴とする請求項22に記載のフィルタ媒体。
The thickness of the body of the fiber is about 5 to 80 μm, the thickness of each layer is independently about 5 to 25 μm,
The filter media has a flux of about 15 to 60 mL / min / cm 2 of water (60 mL-min −1 -cm 2 ) at 10 psi and a flow rate of about 20 mL / min / cm 2 of water. 23. The filter media of claim 22 having a filtration efficiency of at least about 98% for particles of about 0.2 μm.
前記ファイバの本体の前記固体性が約7%から25%であり、
前記フィルタ媒体が、10psiにおいて水の10mL/min/cm2(10mL-min-1-cm2)より大きい流束(flux)と、水の約20mL/min/cm2の流速(flow rate)において約0.2μmの粒子について少なくとも約98%のろ過効率とを有することを特徴とする請求項22に記載のフィルタ媒体。
The solidity of the fiber body is about 7% to 25%;
The filter media is at a flux greater than 10 mL / min / cm 2 (10 mL-min −1 -cm 2 ) of water at 10 psi and a flow rate of about 20 mL / min / cm 2 of water. 23. The filter media of claim 22, wherein the filter media has a filtration efficiency of at least about 98% for particles of about 0.2 [mu] m.
前記フィルタ媒体が、多孔性支持体と結合されていることを特徴とする請求項22に記載のフィルタ媒体。   23. The filter medium of claim 22, wherein the filter medium is coupled to a porous support. 前記フィルタ媒体が、平坦パネル媒体を含むことを特徴とする請求項28に記載のフィルタ媒体。   The filter media of claim 28, wherein the filter media comprises a flat panel media. 前記フィルタ媒体が、円筒状の媒体を含むことを特徴とする請求項28に記載のフィルタ媒体。   29. The filter medium of claim 28, wherein the filter medium includes a cylindrical medium. 前記ファイバの直径が、約0.05から0.4μmであることを特徴とする請求項23に記載のフィルタ媒体。   24. The filter media of claim 23, wherein the fiber diameter is about 0.05 to 0.4 [mu] m. 前記ファイバが、ナイロン・ファイバを含むことを特徴とする請求項23に記載のフィルタ媒体。   24. The filter media of claim 23, wherein the fiber comprises a nylon fiber. 前記ファイバが、ポリアクリロニトリル・ファイバを含むことを特徴とする請求項23に記載のフィルタ媒体。   24. The filter media of claim 23, wherein the fiber comprises polyacrylonitrile fiber. 前記ファイバが、フェノール付加物を含むナイロン・ファイバを含むことを特徴とする請求項23に記載のフィルタ媒体。   24. The filter media of claim 23, wherein the fiber comprises a nylon fiber that includes a phenol adduct. フィルタの構造が、ファイバの3から5層を含み、前記本体が、約5から50μmの厚さをもち、各層が約20μm未満の厚さをもつことを特徴とする請求項23に記載のフィルタ媒体。   24. The filter of claim 23, wherein the structure of the filter includes 3 to 5 layers of fiber, the body has a thickness of about 5 to 50 [mu] m, and each layer has a thickness of less than about 20 [mu] m. Medium. 10psiにおいて水の10mL/min/cm2(10mL-min-1-cm2)より大きい流束(flux)を有することを特徴とする請求項23に記載のフィルタ媒体。 Filter medium according to claim 23, characterized in that it comprises a water 10mL / min / cm 2 (10mL -min -1 -cm 2) greater flux (flux) at 10 psi. 2つ以上の層を含み、各層が約20μm未満の厚さを独立にもち、
前記フィルタ媒体が、10psiにおいて水の約15から60mL/min/cm2(60mL-min-1-cm2)の流束(flux)と、水の約20mL/min/cm2の流速(flow rate)において約0.2μmの粒子について少なくとも約98%のろ過効率とを有することを特徴とする請求項23に記載のフィルタ媒体。
Comprising two or more layers, each layer independently having a thickness of less than about 20 μm;
The filter media has a flux of about 15 to 60 mL / min / cm 2 of water (60 mL-min −1 -cm 2 ) at 10 psi and a flow rate of about 20 mL / min / cm 2 of water. 24. The filter media of claim 23 having a filtration efficiency of at least about 98% for particles of about 0.2 μm.
前記ファイバの本体の厚さが約5から80μmであり、それぞれの層の厚さが独立に約5から25μmであり、
前記フィルタ媒体が、10psiにおいて水の約15から60mL/min/cm2(60mL-min-1-cm2)の流束(flux)と、水の約20mL/min/cm2の流速(flow rate)において約0.2μmの粒子について少なくとも約98%のろ過効率とを有することを特徴とする請求項23に記載のフィルタ媒体。
The thickness of the fiber body is about 5 to 80 μm, and the thickness of each layer is independently about 5 to 25 μm;
The filter media has a flux of about 15 to 60 mL / min / cm 2 of water (60 mL-min −1 -cm 2 ) at 10 psi and a flow rate of about 20 mL / min / cm 2 of water. 24. The filter media of claim 23 having a filtration efficiency of at least about 98% for particles of about 0.2 μm.
前記ファイバの本体の前記固体性が、約7%から25%であり、
前記フィルタ媒体が、10psiにおいて水の10mL/min/cm2(10mL-min-1-cm2)より大きい流束(flux)と、水の約20mL/min/cm2の流速(flow rate)において約0.2μmの粒子について少なくとも約98%のろ過効率とを有することを特徴とする請求項23に記載のフィルタ媒体。
The solidity of the body of the fiber is about 7% to 25%;
The filter media is at a flux greater than 10 mL / min / cm 2 (10 mL-min −1 -cm 2 ) of water at 10 psi and a flow rate of about 20 mL / min / cm 2 of water. 24. The filter media of claim 23, having a filtration efficiency of at least about 98% for about 0.2 [mu] m particles.
前記フィルタ媒体が、多孔性支持体と結合されることを特徴とする請求項23に記載のフィルタ媒体。   24. The filter media of claim 23, wherein the filter media is bonded to a porous support. 前記フィルタ媒体が、平坦パネル媒体を含むことを特徴とする請求項40に記載のフィルタ媒体。   41. The filter media of claim 40, wherein the filter media comprises a flat panel media. 前記フィルタ媒体が、円筒状の媒体を含むことを特徴とする請求項40に記載のフィルタ媒体。   41. The filter medium of claim 40, wherein the filter medium includes a cylindrical medium. 前記ファイバの直径が、約0.05から0.4μmであることを特徴とする請求項23に記載のフィルタ媒体。   24. The filter media of claim 23, wherein the fiber diameter is about 0.05 to 0.4 [mu] m. 前記ファイバが、ナイロン・ファイバを含むことを特徴とする請求項23に記載のフィルタ媒体。   24. The filter media of claim 23, wherein the fiber comprises a nylon fiber. 前記ファイバが、ポリアクリロニトリル・ファイバを含むことを特徴とする請求項23に記載のフィルタ媒体。   24. The filter media of claim 23, wherein the fiber comprises polyacrylonitrile fiber. 前記ファイバが、フェノール付加物を含むナイロン・ファイバを備えることを特徴とする請求項45に記載のフィルタ媒体。   46. The filter media of claim 45, wherein the fiber comprises a nylon fiber that includes a phenol adduct. ポリマーファイバの層が、隣接するポリマーのファイバ層とは異なるポリマーを含むことを特徴とする請求項23に記載のフィルタ媒体。   24. The filter media of claim 23, wherein the polymer fiber layer comprises a different polymer than the adjacent polymer fiber layer. ファイバ層が、隣接するファイバ層とは異なる厚さをもつことを特徴とする請求項23に記載のフィルタ媒体。   24. The filter media of claim 23, wherein the fiber layer has a different thickness than an adjacent fiber layer. 前記ファイバ層の前記固体性が隣接するファイバ層の前記固体性とは異なることを特徴とする請求項23に記載のフィルタ媒体。   24. The filter media of claim 23, wherein the solidity of the fiber layer is different from the solidity of adjacent fiber layers. 前記ファイバの直径が、約0.05から0.4μmであることを特徴とする請求項23に記載のフィルタ媒体。   24. The filter media of claim 23, wherein the fiber diameter is about 0.05 to 0.4 [mu] m. 過フッ化ポリマー材料を実質的に含まず、かつ欠陥の経路を実質的に含まないフィルタ媒体であって、
前記フィルタ媒体が、ポリマーファイバの少なくとも2つの層を備え、
前記ファイバが、約0.03から0.5μmの直径をもち、
前記少なくとも2つの層が結合されて一つの本体となり、
前記一つの本体が、約5から100μmの厚さと約5%から50%の固体性とをもち、
液体のろ過中、少なくとも24時間のろ過動作で、前記フィルタ媒体を横切る前記液体のろ過は、10psiにおいて水の少なくとも約10mL/min/cm2(10mL-min-1-cm2)の流束(flux)で、かつ、ほぼ室温の水の約20mL/min/cm2の流速(flow rate)において約0.2μmの粒子を98.5%より高いろ過効率に維持して行うことができることを特徴とするフィルタ媒体。
A filter medium substantially free of perfluorinated polymer material and substantially free of defect paths,
The filter media comprises at least two layers of polymer fibers;
The fiber has a diameter of about 0.03 to 0.5 μm;
The at least two layers are combined into one body;
The one body has a thickness of about 5 to 100 μm and a solidity of about 5% to 50%;
During the filtration of the liquid, the filtration of the liquid across the filter medium with a filtration action of at least 24 hours results in a flux of water of at least about 10 mL / min / cm 2 (10 mL-min −1 -cm 2 ) at 10 psi ( flux) and approximately 0.2 μm particles can be maintained at a filtration efficiency higher than 98.5% at a flow rate of approximately 20 mL / min / cm 2 of water at approximately room temperature. Filter media.
前記固体性が約5%から30%であることを特徴とする請求項51に記載のフィルタ媒体。   52. The filter media of claim 51, wherein the solidity is about 5% to 30%. 前記ファイバの直径が約0.05から0.4μmをもつことを特徴とする請求項51に記載のフィルタ媒体。   52. The filter media of claim 51, wherein the fiber has a diameter of about 0.05 to 0.4 [mu] m. 2つ以上の層を含み、各層が約20μm未満の厚さを独立にもち、
前記フィルタ媒体が、10psiにおいて水の約15から60mL/min/cm2(60mL-min-1-cm2)の流束(flux)と、ほぼ室温の水の約20mL/min/cm2の流速(flow rate)において、約0.2μmの粒子について少なくとも約99%のろ過効率とを有することを特徴とする請求項51に記載のフィルタ媒体。
Comprising two or more layers, each layer independently having a thickness of less than about 20 μm;
The filter media has a flux of about 15 to 60 mL / min / cm 2 (60 mL-min −1 -cm 2 ) of water at 10 psi and a flow rate of about 20 mL / min / cm 2 of water at about room temperature. 52. The filter media of claim 51, having a filtration efficiency of at least about 99% for particles of about 0.2 [mu] m at a flow rate.
前記ファイバの本体の厚さが約5から80μmであり、各層の厚さが個別に約5から25μmであり、
前記フィルタ媒体が、10psiにおいて水の約15から60mL/min/cm2(60mL-min-1-cm2)の流束(flux)と、ほぼ室温の水の約20mL/min/cm2の流速(flow rate)において約0.2μmの粒子について少なくとも99%のろ過効率とを有することを特徴とする請求項51に記載のフィルタ媒体。
The fiber body has a thickness of about 5 to 80 μm, and each layer has a thickness of about 5 to 25 μm individually;
The filter media has a flux of about 15 to 60 mL / min / cm 2 (60 mL-min −1 -cm 2 ) of water at 10 psi and a flow rate of about 20 mL / min / cm 2 of water at about room temperature. 52. The filter media of claim 51, having a filtration efficiency of at least 99% for particles of about 0.2 [mu] m at (flow rate).
前記ファイバの本体の前記固体性が、約7%から25%であり、
前記フィルタ媒体が、10psiにおいて水の約15から60mL/min/cm2(60mL-min-1-cm2)の流束(flux)と、ほぼ室温の水の約20mL/min/cm2の流速(flow rate)において約0.2μmの粒子について少なくとも99%のろ過効率とを有することを特徴とする請求項51に記載のフィルタ媒体。
The solidity of the body of the fiber is about 7% to 25%;
The filter media has a flux of about 15 to 60 mL / min / cm 2 (60 mL-min −1 -cm 2 ) of water at 10 psi and a flow rate of about 20 mL / min / cm 2 of water at about room temperature. 52. The filter media of claim 51, having a filtration efficiency of at least 99% for particles of about 0.2 [mu] m at (flow rate).
前記媒体が、多孔性の支持体と結合されることを特徴とする請求項51に記載のフィルタ媒体。   52. The filter media of claim 51, wherein the media is bonded to a porous support. 前記フィルタ媒体が、平坦パネル媒体を含むことを特徴とする請求項57に記載のフィルタ媒体。   The filter media of claim 57, wherein the filter media comprises a flat panel media. 前記フィルタ媒体が、円筒状の媒体を含むことを特徴とする請求項57に記載のフィルタ媒体。   58. The filter medium of claim 57, wherein the filter medium includes a cylindrical medium. 前記ファイバの直径が、約0.05から0.4μmであることを特徴とする請求項51に記載のフィルタ媒体。   52. The filter media of claim 51, wherein the fiber diameter is about 0.05 to 0.4 [mu] m. 前記ファイバが、ナイロン・ファイバを含むことを特徴とする請求項51に記載のフィルタ媒体。   52. The filter media of claim 51, wherein the fiber comprises a nylon fiber. 前記ファイバが、ポリアクリロニトリル・ファイバを含むことを特徴とする請求項1に記載のフィルタ媒体。   The filter media of claim 1, wherein the fibers comprise polyacrylonitrile fibers. 前記ファイバが、フェノール付加物を含むナイロン・ファイバを含むことを特徴とする請求項61に記載のフィルタ媒体。   62. The filter media of claim 61, wherein the fiber comprises a nylon fiber that includes a phenol adduct. 前記フィルタの構造が、ファイバの3から5層を含み、前記本体が、約5から100μmの厚さをもち、各層が、約20μm未満の厚さをもつことを特徴とする請求項51に記載のフィルタ媒体。   52. The filter structure of claim 51, wherein the filter structure comprises 3 to 5 layers of fiber, the body has a thickness of about 5 to 100 [mu] m, and each layer has a thickness of less than about 20 [mu] m. Filter media. 前記フィルタ媒体は10psiにおいて水の10mL/min/cm2(10mL-min-1-cm2)より大きい流束(flux)を有することを特徴とする請求項51に記載のフィルタ媒体。 The filter media The filter media of claim 51, characterized in that it comprises a water 10mL / min / cm 2 (10mL -min -1 -cm 2) greater flux (flux) at 10 psi. 2つ以上の層を含み、各層が約20μm未満の厚さを独立にもち、
前記フィルタ媒体が、10psiにおいて水の約15から60mL/min/cm2(60mL-min-1-cm2)の流束(flux)と、ほぼ室温の水の約20mL/min/cm2の流速(flow rate)において、約0.2μmの粒子について少なくとも98%のろ過効率とを有することを特徴とする請求項51に記載のフィルタ媒体。
Comprising two or more layers, each layer independently having a thickness of less than about 20 μm;
The filter media has a flux of about 15 to 60 mL / min / cm 2 (60 mL-min −1 -cm 2 ) of water at 10 psi and a flow rate of about 20 mL / min / cm 2 of water at about room temperature. 52. The filter media of claim 51 having a filtration efficiency of at least 98% for particles of about 0.2 [mu] m at (flow rate).
前記ファイバの本体の厚さが、約5から80μmであり、各層の厚さが、個別に約5から25μmであり、
前記フィルタ媒体が、10psiにおいて水の約15から60mL/min/cm2(60mL-min-1-cm2)の流束(flux)と、ほぼ室温の水の約20mL/min/cm2の流速(flow rate)において約0.2μmの粒子について少なくとも98%のろ過効率とを有することを特徴とする請求項51に記載のフィルタ媒体。
The thickness of the fiber body is about 5 to 80 μm, and the thickness of each layer is individually about 5 to 25 μm;
The filter media has a flux of about 15 to 60 mL / min / cm 2 (60 mL-min −1 -cm 2 ) of water at 10 psi and a flow rate of about 20 mL / min / cm 2 of water at about room temperature. 52. The filter media of claim 51, having a filtration efficiency of at least 98% for particles of about 0.2 [mu] m at a (flow rate).
前記ファイバの本体の前記固体性が、約7%から25%であり、
前記フィルタ媒体が、10psiにおいて水の10mL/min/cm2(10mL-min-1-cm2)より大きい流束(flux)と、ほぼ室温の水の約20mL/min/cm2の流速(flow rate)において約0.2μmの粒子について少なくとも98%のろ過効率とを有することを特徴とする請求項51に記載のフィルタ媒体。
The solidity of the body of the fiber is about 7% to 25%;
The filter media has a flux greater than 10 mL / min / cm 2 (10 mL-min −1 -cm 2 ) of water at 10 psi and a flow rate of about 20 mL / min / cm 2 of water at about room temperature. 52. The filter media of claim 51, having a filtration efficiency of at least 98% for particles of about 0.2 [mu] m at rate).
前記フィルタ媒体が、多孔性の支持体と結合されていることを特徴とする請求項51に記載のフィルタ媒体。   52. The filter media of claim 51, wherein the filter media is coupled to a porous support. 前記フィルタ媒体が、平坦パネル媒体を含むことを特徴とする請求項69に記載のフィルタ媒体。   70. The filter media of claim 69, wherein the filter media comprises a flat panel media. 前記フィルタ媒体が、円筒状の媒体を含むことを特徴とする請求項69に記載のフィルタ媒体。   70. The filter medium of claim 69, wherein the filter medium comprises a cylindrical medium. 前記ファイバが、ナイロン・ファイバを含むことを特徴とする請求項51に記載のフィルタ媒体。   52. The filter media of claim 51, wherein the fiber comprises a nylon fiber. 前記ファイバが、ポリアクリロニトリル・ファイバを含むことを特徴とする請求項51に記載のフィルタ媒体。   52. The filter media of claim 51, wherein the fiber comprises polyacrylonitrile fiber. 前記ファイバが、フェノール付加物を含むナイロン・ファイバを含むことを特徴とする請求73に記載のフィルタ媒体。   74. The filter media of claim 73, wherein the fiber comprises a nylon fiber that includes a phenol adduct. ポリマーのファイバ層が、隣接するポリマーのファイバ層とは異なるポリマーを含むことを特徴とする請求項51に記載のフィルタ媒体。   52. The filter media of claim 51, wherein the polymer fiber layer comprises a polymer that is different from an adjacent polymer fiber layer. ファイバ層が、隣接するファイバ層とは異なる厚さを備えることを特徴とする請求項51に記載のフィルタ媒体。   52. The filter media of claim 51, wherein the fiber layer comprises a thickness that is different from adjacent fiber layers. ファイバ層が、隣接するファイバ層とは異なるファイバのサイズを含むことを特徴とする請求項51に記載のフィルタ媒体。   52. The filter media of claim 51, wherein the fiber layer comprises a different fiber size than the adjacent fiber layer. ファイバ層のポアサイズが、隣接するファイバ層のポアサイズとは異なることを特徴とする請求項51に記載のフィルタ媒体。   52. The filter media of claim 51, wherein the pore size of the fiber layer is different from the pore size of adjacent fiber layers. ファイバ層の前記固体性が、隣接するファイバ層の固体性とは異なることを特徴とする請求項51に記載のフィルタ媒体。   52. The filter media of claim 51, wherein the solidity of a fiber layer is different from the solidity of adjacent fiber layers. フィルタ媒体を形成する方法であって、
(a)約1〜100μmの厚さを有する層を基板の上に形成する工程であって、ファイバが約0.03から0.5μmの直径をもち、前記ファイバが前記基板とポリマーの溶液とを10キロボルトより大きい電位差に晒すことによって形成される工程と、
(b)前記ファイバを前記基板から分離して層を形成する工程と、
(c)前記ファイバの2つ以上の層を結合してフィルタ本体を形成する工程と、
を含むことを特徴とする方法。
A method of forming a filter medium, comprising:
(A) forming a layer having a thickness of about 1-100 μm on a substrate, wherein the fiber has a diameter of about 0.03 to 0.5 μm, the fiber comprising the substrate and a polymer solution; Forming a potential difference greater than 10 kilovolts, and
(B) separating the fiber from the substrate to form a layer;
(C) combining two or more layers of the fiber to form a filter body;
A method comprising the steps of:
前記フィルタ本体が、少なくとも約100℃の温度で、少なくとも約5psiの圧力に晒され、約5から100μmの厚さと約5%から50%の固体性とをもつフィルタ媒体を形成することを特徴とする請求項80に記載の方法。   The filter body is exposed to a pressure of at least about 5 psi at a temperature of at least about 100 ° C. to form a filter media having a thickness of about 5 to 100 μm and a solidity of about 5% to 50%. 81. The method of claim 80. 前記固体性が、約5%から30%であることを特徴とする請求項81に記載の方法。   84. The method of claim 81, wherein the solidity is about 5% to 30%. ファイバの前記本体は、ファイバの2つ以上の層を結合して前記本体を形成し、前記本体を約100から250℃の温度で約15から100psiの圧力でカレンダロールに晒して約7%から25%のフィルタ媒体の固体性を形成することによって形成されることを特徴とする請求項80に記載の方法。   The body of fiber combines two or more layers of fiber to form the body, and the body is exposed to a calender roll at a temperature of about 100 to 250 ° C. and a pressure of about 15 to 100 psi, from about 7%. 81. The method of claim 80, wherein the method is formed by forming a solidity of 25% filter media.
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